KR101831684B1 - Clock and data recovery circuit - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 클록 및 데이터 복원 회로에 관한 것이다.The present invention relates to a clock and data recovery circuit.
클록 및 데이터 복원 회로(Clock and Data Recovery circuit, CDR)는 수신단에서 수신한 데이터로부터 클록 신호 및 데이터를 복원해내는 회로이다. 클록 및 데이터 복원 회로는 외부 클록을 이용하는 종류와 외부 클록을 이용하지 않는 종류(Reference-less CDR)로 구분될 수 있다.The clock and data recovery circuit (CDR) is a circuit that restores the clock signal and data from the data received at the receiving end. The clock and data recovery circuit can be divided into a type using an external clock and a type not using an external clock (reference-less CDR).
모바일 인터페이스를 어플리케이션으로 하는 기존의 인터페이스 칩들은 클록 소스로 사용되는 외장 크리스탈 발진기를 필요로 하기때문에 칩 면적과 설계 비용이 크다.Conventional interface chips for mobile interface applications require an external crystal oscillator used as a clock source, resulting in a large chip area and high design cost.
칩 면적과 설계 비용을 줄이기 위해, 주파수 고정 루프(Frequency Locked Loop, FLL)와 위상 고정 루프(Phase Locked Loop, PLL)로 이루어진 2 개의 루프를 이용하며 외부 클록을 사용하지 않는 Reference-less CDR이 일부 발명 되었지만, 2 개의 루프필터를 포함하기 때문에 여전히 면적이 크며 두 루프간의 간섭이 발생해 지터(Jitter) 특성이 좋지 않다.To reduce chip area and design costs, we use two loops consisting of a frequency-locked loop (FLL) and a phase-locked loop (PLL), and a reference-less CDR that does not use an external clock However, since it includes two loop filters, the area is still large, and interference between the two loops occurs, so that jitter characteristics are poor.
기존 Reference-less CDR은 일반적으로 전압 제어 발진기(Voltage Controlled Oscillator, VCO)를 포함하는데, 전압 제어 발진기는 온도 변화에 민감하기 때문에 위상 고정이 되었을 때 컨트롤 전압의 마진이 없을 경우 연속적인 데이터 복원이 이뤄질 수 없는 문제점이 있다.Conventional reference-less CDRs typically include a voltage-controlled oscillator (VCO), which is sensitive to temperature variations, so that when there is no control voltage margin when phase locked, continuous data recovery is achieved There is no problem.
또한 기존 주파수 검출기(Frequency Detector, FD)는 입력 지터가 클 때 주파수 판별을 정확하게 못하는 구간인 데드존(Deadzone)이 발생하게 되는데, 데드존은 지터가 커질수록 넓어진다. 때문에 기존 주파수 검출기는 높은 지터 내성(Jitter Tolerance, JTOL)을 요구하는 모바일 어플리케이션에 부적합한 문제점이 있다.In addition, the existing frequency detector (FD) generates a deadzone, which is an interval in which the frequency discrimination can not be accurately performed when the input jitter is large. The dead zone becomes wider as the jitter becomes larger. Therefore, existing frequency detectors are not suitable for mobile applications requiring high jitter tolerance (JTOL).
해결하고자 하는 기술적 과제는 온도 보상이 가능한 전압 제어 발진기 및 데드존 보상이 가능한 주파수 검출기를 포함하는 클록 및 데이터 복원 회로를 제공하는 데 있다.A technical object of the present invention is to provide a clock and data recovery circuit including a voltage-controlled oscillator capable of temperature compensation and a frequency detector capable of dead zone compensation.
본 발명의 한 실시예에 따른 클록 및 데이터 복원 회로는, 커패시터 뱅크(capacitor bank)를 포함하는 전압 제어 발진기; 상기 커패시터 뱅크에 대한 제어 신호인 뱅크 코드를 생성하고, 상기 뱅크 코드에 따른 발진기 제어 코드를 생성하는 디지털 회로부; 및 상기 발진기 제어 코드에 따라 생성된 발진기 제어 전압이 허용 범위 내에 있는 지 비교하는 비교기를 포함하고, 상기 발진기 제어 전압이 상기 허용 범위 내에 있는 경우, 상기 뱅크 코드 및 상기 발진기 제어 코드에 따라 동작하여 복원 클록 신호 및 복원 데이터 신호를 출력한다.A clock and data recovery circuit according to an embodiment of the present invention includes: a voltage controlled oscillator including a capacitor bank; A digital circuit for generating a bank code, which is a control signal for the capacitor bank, and generating an oscillator control code according to the bank code; And a comparator for comparing whether the oscillator control voltage generated according to the oscillator control code is within an allowable range, and if the oscillator control voltage is within the allowable range, operating in accordance with the bank code and the oscillator control code to restore And outputs a clock signal and a restored data signal.
상기 클록 및 데이터 복원 회로는 클록 주파수와 데이터 레이트를 비교한 로직 값인 제1 주파수 검출 신호 및 상기 제1 주파수 검출 신호의 플립 플롭 출력 값인 제2 주파수 검출 신호를 출력하는 주파수 검출기를 더 포함할 수 있다.The clock and data recovery circuit may further include a frequency detector outputting a first frequency detection signal, which is a logic value comparing a clock frequency and a data rate, and a second frequency detection signal, which is a flip flop output value of the first frequency detection signal .
상기 주파수 검출기는 하프 레이트(half-rate) 검출부를 포함하고, 상기 하프-레이트 검출부는 제1 클록 신호 및 수신 데이터 신호가 입력인 제1 플립 플롭; 제2 클록 신호 및 상기 수신 데이터 신호가 입력인 제2 플립 플롭; 제3 클록 신호 및 상기 수신 데이터 신호가 입력인 제3 플립 플롭; 제4 클록 신호 및 상기 수신 데이터 신호가 입력인 제4 플립 플롭; 상기 제1 플립 플롭 및 상기 제2 플립 플롭의 출력 값이 입력인 제1 XOR 게이트; 상기 제3 플립 플롭 및 상기 제4 플립 플롭의 출력 값이 입력인 제2 XOR 게이트; 상기 제1 XOR 게이트 및 상기 제2 XOR 게이트의 출력 값이 입력인 제5 플립 플롭; 상기 제1 XOR 게이트 및 상기 제2 XOR 게이트의 출력 값이 입력인 제6 플립 플롭; 및 상기 제5 플립 플롭 및 상기 제6 플립 플롭의 출력 값이 입력인 제7 플립 플롭을 포함하고, 상기 제1, 제2, 제3, 및 제4 클록 신호는 위상이 서로 다른 클록 신호이고, 상기 제1 주파수 검출 신호는 상기 제5 플립 플롭의 출력 값이고, 상기 제2 주파수 검출 신호는 상기 제7 플립 플롭의 출력 값일 수 있다.Wherein the frequency detector comprises a half-rate detector, the half-rate detector comprising: a first flip-flop having a first clock signal and a receive data signal as inputs; A second flip-flop having an input of a second clock signal and the received data signal; A third flip-flop having an input of the third clock signal and the received data signal; A fourth flip-flop whose input is a fourth clock signal and the received data signal; A first XOR gate to which the output values of the first flip-flop and the second flip-flop are input; A second XOR gate to which the output values of the third flip-flop and the fourth flip-flop are input; A fifth flip-flop having an input of an output value of the first XOR gate and the second XOR gate; A sixth flip-flop having an input of an output value of the first XOR gate and the second XOR gate; And a seventh flip-flop having an output value of the fifth flip-flop and the sixth flip-flop as an input, wherein the first, second, third, and fourth clock signals are clock signals having different phases, The first frequency detection signal may be an output value of the fifth flip flop and the second frequency detection signal may be an output value of the seventh flip flop.
상기 주파수 검출기는 풀 레이트(full-rate) 검출부를 포함하고, 상기 풀-레이트 검출부는 제5 클록 신호 및 수신 데이터 신호가 입력인 제8 플립 플롭; 제6 클록 신호 및 상기 수신 데이터 신호가 입력인 제9 플립 플롭; 상기 제8 플립 플롭 및 상기 제9 플립 플롭의 출력 값이 입력인 제10 플립 플롭; 상기 제8 플립 플롭 및 상기 제9 플립 플롭의 출력 값이 입력인 제11 플립 플롭; 및 상기 제10 플립 플롭 및 상기 제11 플립 플롭의 출력 값이 입력인 제12 플립 플롭을 포함하고, 상기 제5 및 제6 클록 신호는 위상이 서로 다른 클록 신호이고, 상기 제1 주파수 검출 신호는 상기 제10 플립 플롭의 출력 값이고, 상기 제2 주파수 검출 신호는 상기 제12 플립 플롭의 출력 값일 수 있다.Wherein the frequency detector comprises a full-rate detector, the full-rate detector comprising an eighth flip-flop having a fifth clock signal and a receive data signal input; A ninth flip-flop having an input of the sixth clock signal and the received data signal; A tenth flip-flop in which the output values of the eighth flip-flop and the ninth flip-flop are inputs; An eleventh flip-flop in which the output values of the eighth flip-flop and the ninth flip-flop are inputs; And a twelfth flip flop in which the output values of the tenth flip-flop and the eleventh flip-flop are inputs, the fifth and sixth clock signals are clock signals having different phases, and the first frequency detection signal is And the second frequency detection signal may be an output value of the twelfth flip-flop.
상기 클록 및 데이터 복원 회로는 데이터 및 클록 신호를 입력받고 위상차이 신호를 출력하는 위상 검출기; 상기 위상차이 신호에 따라 전하를 공급하는 차지 펌프; 상기 발진기 제어 코드에 따라 상기 발진기 제어 전압을 조절하는 발진기 제어 전압 조절기; 및 루프 선택 신호에 따라 상기 차지 펌프 또는 상기 발진기 제어 전압 조절기에 연결되는 루프 필터를 더 포함할 수 있다.Wherein the clock and data recovery circuit comprises: a phase detector receiving data and a clock signal and outputting a phase difference signal; A charge pump for supplying charge according to the phase difference signal; An oscillator control voltage regulator for regulating the oscillator control voltage according to the oscillator control code; And a loop filter connected to the charge pump or the oscillator control voltage regulator according to a loop selection signal.
상기 루프 필터는 주파수 고정 과정에서 상기 발진기 제어 전압 조절기에 연결되고 위상 고정 과정에서 상기 차지 펌프에 연결될 수 있다.The loop filter may be connected to the oscillator control voltage regulator in a frequency clamping process and may be connected to the charge pump in a phase locking process.
상기 디지털 회로부는 상기 제1 주파수 검출 신호에 따라 제1 뱅크 코드 및 제2 뱅크 코드를 생성하고, 상기 제1 뱅크 코드에 대한 제1 발진기 제어 코드를 생성하고, 상기 제2 뱅크 코드에 대한 제2 발진기 제어 코드를 생성하고, 상기 비교기를 통해 상기 허용 범위 내에 있는 상기 발진기 제어 전압에 대응하는 뱅크 코드 및 발진기 제어 코드를 선택할 수 있다.Wherein the digital circuitry generates a first bank code and a second bank code in accordance with the first frequency detection signal and generates a first oscillator control code for the first bank code and a second oscillator control code for the second bank code, Generate an oscillator control code and select the bank code and the oscillator control code corresponding to the oscillator control voltage within the tolerance range through the comparator.
상기 제1 뱅크 코드 및 상기 제2 뱅크 코드의 인덱스 차이가 1이 아닌 경우, 상기 제2 주파수 검출 신호에 따라 상기 제1 뱅크 코드 및 상기 제2 뱅크 코드를 재설정할 수 있다.If the index difference between the first bank code and the second bank code is not 1, the first bank code and the second bank code may be reset according to the second frequency detection signal.
본 발명에 따른 클록 및 데이터 복원 회로는 온도 보상이 가능한 전압 제어 발진기 및 데드존 보상이 가능한 주파수 검출기를 포함할 수 있다.The clock and data recovery circuit according to the present invention may include a temperature-compensatable voltage-controlled oscillator and a frequency detector capable of dead zone compensation.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 클록 및 데이터 복원 회로를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 주파수 검출기를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 주파수 검출기의 신호를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 입력 지터가 큰 경우 주파수 검출기의 신호를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 제1 주파수 검출 신호 및 제2 주파수 검출 신호의 평균값을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 전압 제어 발진기를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 전압 제어 발진기의 성능을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 코드 결정 알고리즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 제1 주파수 검출 신호에 따라 제1 뱅크 코드 및 제2 뱅크 코드를 생성하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 제2 주파수 검출 신호에 따라 제1 뱅크 코드 및 제2 뱅크 코드를 재설정하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 제1 발진기 제어 코드 및 제2 발진기 제어 코드를 생성하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 한 실시예에 따른 클록 및 데이터 복원 회로의 시뮬레이션 결과를 설명하기 위한 도면이다.1 is a diagram for explaining a clock and data recovery circuit according to an embodiment of the present invention.
2 is a view for explaining a frequency detector according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram for explaining a signal of the frequency detector.
4 is a diagram for explaining signals of the frequency detector when input jitter is large.
5 is a diagram for explaining an average value of the first frequency detection signal and the second frequency detection signal.
6 is a view for explaining a voltage-controlled oscillator according to an embodiment of the present invention.
7 is a diagram for explaining the performance of a voltage-controlled oscillator according to an embodiment of the present invention.
8 is a diagram for explaining a code determination algorithm according to an embodiment of the present invention.
9 is a diagram for explaining a process of generating a first bank code and a second bank code according to a first frequency detection signal.
10 is a diagram for explaining a process of resetting the first bank code and the second bank code according to the second frequency detection signal.
11 is a diagram for explaining a process of generating a first oscillator control code and a second oscillator control code.
12 is a diagram for explaining simulation results of a clock and data recovery circuit according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시 예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예들에 한정되지 않는다.Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다. 따라서 앞서 설명한 참조 부호는 다른 도면에서도 사용할 수 있다.In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and the same or similar components are denoted by the same reference numerals throughout the specification. Therefore, the above-mentioned reference numerals can be used in other drawings.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 크기 및 두께를 과장되게 나타낼 수 있다.In addition, since the sizes and thicknesses of the respective components shown in the drawings are arbitrarily shown for convenience of explanation, the present invention is not necessarily limited to those shown in the drawings. In the drawings, the size and thickness may be exaggerated to clearly represent the layers and regions.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 클록 및 데이터 복원 회로를 설명하기 위한 도면이다.1 is a diagram for explaining a clock and data recovery circuit according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면 본 발명의 한 실시예에 따른 클록 및 데이터 복원 회로(10)는 전압 제어 발진기(100), 디지털 회로부(200), 및 비교기(300)를 포함한다. 클록 및 데이터 복원 회로(10)는 실시예에 따라, 주파수 검출기(400), 위상 검출기(500), 차지 펌프(600), 발진기 제어 전압 조절기(700), 및 루프 필터(800)를 선택적으로 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, a clock and
전압 제어 발진기(100)는 커패시터 뱅크(capacitor bank)를 포함한다. 커패시터 뱅크는 인접한 딜레이 셀(delay cell) 후단에 위치하는 커패시터 구조체일 수 있는데, 이에 대해서는 도 5를 참조한다.The voltage controlled
전압 제어 발진기(100)는 발진기 제어 전압(VCTRL)에 따라 제어될 수 있고, 복원 클록 신호(Recovered Clock)를 출력할 수 있다.The voltage controlled
디지털 회로부(200)는 커패시터 뱅크에 대한 제어 신호인 뱅크 코드(bank code)를 생성하고, 뱅크 코드에 따른 발진기 제어 코드(VCTRL code)를 생성한다.The
디지털 회로부(200)는 발진기 제어 코드 생성 모듈(210), 락 디텍터(lock detector)(220), 뱅크 코드 생성 모듈(230)을 포함할 수 있다. 뱅크 코드 생성 모듈(230)은 주파수 검출기(400)에서 생성된 주파수 검출 신호에 따라 뱅크 코드를 생성할 수 있다. 발진기 제어 코드 생성 모듈(210)은 주파수 검출기(400)에서 생성된 주파수 검출 신호와 뱅크 코드 생성 모듈(230)에서 생성된 뱅크 코드에 따라 발진기 제어 코드를 생성할 수 있다. 발진기 제어 코드 및 뱅크 코드에 대해서는 도 7 내지 11을 참조하여 후술한다. 락 디텍터(220)는 비교기(300)의 결과에 따라 발진기 제어 전압(VCTRL)이 허용 범위(VL 내지 VH) 내에 있는 경우 주파수 고정 루프 또는 위상 고정 루프를 고정시킬 수 있다.The
비교기(300)는 발진기 제어 코드(VCTRL code)에 따라 생성된 발진기 제어 전압(VCTRL)이 허용 범위(VL 내지 VH) 내에 있는 지 비교한다. 클록 및 데이터 복원 회로(10)는 발진기 제어 전압(VCTRL)이 허용 범위(VL 내지 VH) 내에 있는 경우, 대응하는 뱅크 코드 및 발진기 제어 코드에 따라 동작하여 복원 클록 신호 및 복원 데이터 신호를 출력할 수 있다.The
주파수 검출기(400)는 클록 주파수(Clock frequency)와 데이터 레이트(DATA rate)를 비교한 로직 값인 제1 주파수 검출 신호 및 제1 주파수 검출 신호의 플립 플롭 출력 값인 제2 주파수 검출 신호를 출력할 수 있다. 제1 주파수 검출 신호는 데드존이 발생하지 않는 경우 단독으로 이용될 수 있다. 제2 주파수 검출 신호는 데드존이 발생하는 경우 이를 보상하기 위해서 이용될 수 있다. 제1 주파수 검출 신호 및 제2 주파수 검출 신호에 대해서는 도 2 내지 4를 참조하여 후술한다.The
주파수 검출기(400)는 데이터 레이트에 따라 듀얼 모드(Dual-Mode)로 동작할 수 있다. 듀얼 모드는 하프 레이트 모드(Half-rate mode)와 풀 레이트 모드(Full-rate mode)를 포함한다. 하프 레이트 모드란 데이터 레이트의 나이퀴스트 주파수와 클록 주파수가 서로 동일한 경우의 동작 모드를 의미한다. 풀 레이트 모드란 데이터 레이트의 나이퀴스트 주파수가 클록 주파수의 절반인 경우의 동작 모드를 의미한다. 주파수 검출기(400)는 듀얼 모드를 위한 회로 구성을 포함할 수 있는데, 이에 대해서는 도 2를 참조하여 후술한다.The
위상 검출기(500)는 데이터 및 클록 신호를 입력받고 위상차이 신호를 출력할 수 있다. 클록 신호는 전압 제어 발진기(100)로부터 출력된 복원 클록 신호일 수 있다. 위상 검출기(500)는 데이터 레이트에 따라 듀얼-모드로 동작할 수 있다. 위상 검출기(500)는 복원 데이터 신호를 출력하게 된다.The
차지 펌프(600)는 위상차이 신호에 따라 전하를 공급할 수 있다. 차지 펌프(600)는 데이터 레이트에 따라 듀얼-모드로 동작할 수 있다.
발진기 제어 전압 조절기(700)는 발진기 제어 코드에 따라 발진기 제어 전압을 조절할 수 있다. 도 1을 참조하면, 한 실시예에 따라, 발진기 제어 전압 조절기(700)는 발진기 제어 코드에 따라 가변 저항의 저항 비를 조절하여 증폭기를 통해 출력되는 발진기 제어 전압(VCTRL)을 조절할 수 있다.The oscillator
루프 필터(800)는 루프 선택 신호(FLL EN)에 따라 차지 펌프(600) 또는 발진기 제어 전압 조절기(100)에 연결될 수 있다. 한 실시예에서, 루프 필터(800)는 주파수 고정 과정에서 발진기 제어 전압 조절기(700)에 연결되고 위상 고정 과정에서 차지 펌프(600)에 연결될 수 있다. 즉, 주파수 고정이 완료되지 않은 상황에서 디지털 회로부(200)는 논리 값 1의 루프 선택 신호(FLL EN)를 출력할 수 있고, 이에 따라 발진기 제어 전압 조절기(700)와 루프 필터(800)가 연결될 수 있다. 적절한 뱅크 코드 및 발진기 제어 코드가 선택되어 주파수 고정이 완료된 경우, 디지털 회로부(200)는 논리 값 0의 루프 선택 신호(FLL EN)를 출력할 수 있고, 이에 따라 발진기 제어 전압 조절기(700)와 루프 필터(800)의 연결이 끊어지고, 차지 펌프(600)와 루프 필터(800)가 연결되어 위상 고정 과정이 수행될 수 있다. 전술한 연결 및 연결해제는 스위칭 소자 등을 통해서 구현될 수 있다.The
본 실시예에 따른 클록 및 데이터 복원 회로(10)는 먼저 코스 FLL(Coarse FLL) 과정을 수행하여 뱅크 코드를 도출하고, 파인 FLL(Fine FLL) 과정을 수행하여 발진기 제어 코드를 도출하고, 다음으로 PLL 과정을 수행하게 된다.The clock and
뱅크 코드 도출 및 발진기 제어 코드 도출 과정에서 데드존이 없는 경우 제1 주파수 검출 신호만을 이용하여 FLL 과정이 종료될 수 있다. 이때 제1 뱅크 코드와 제2 뱅크 코드의 인덱스 차이는 1일 수 있다.If there is no dead zone in the derivation of the bank code and the oscillator control code derivation, the FLL process may be terminated using only the first frequency detection signal. Here, the index difference between the first bank code and the second bank code may be one.
하지만 데드존이 발생한 경우, 제1 주파수 검출 신호로 도출된 제1 뱅크 코드와 제2 뱅크 코드는 인덱스 차이가 1을 초과하게 되므로, 제2 주파수 검출 신호를 이용하여 인덱스 차이가 1인 제1 뱅크 코드와 제2 뱅크 코드를 재설정할 수 있다. 이에 대해서는 도 8 내지 11을 참조하여 후술한다.However, when the dead zone occurs, since the index difference between the first bank code and the second bank code derived by the first frequency detection signal exceeds 1, it is possible to use the second frequency detection signal, The code and the second bank code can be reset. This will be described later with reference to FIGS.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 주파수 검출기를 설명하기 위한 도면이다.2 is a view for explaining a frequency detector according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면 본 발명의 한 실시예에 따른 주파수 검출기(400)는 하프 레이트 검출부(400h) 및 풀 레이트 검출부(400f)를 포함한다.Referring to FIG. 2, the
하프 레이트 검출부(400h)는 제1 플립 플롭(flip flop)(401), 제2 플립 플롭(402), 제3 플립 플롭(403), 제4 플립 플롭(404), 제5 플립 플롭(405), 제6 플립 플롭(406), 제7 플립 플롭(407), 제1 XOR 게이트(431), 및 제2 XOR 게이트(432)를 포함할 수 있다.The
제1 플립 플롭(401)은 제1 클록 신호(CK0) 및 수신 데이터 신호(DATA)가 입력일 수 있다. 제2 플립 플롭(402)은 제2 클록 신호(CK90) 및 수신 데이터 신호(DATA)가 입력일 수 있다. 제3 플립 플롭(403)은 제3 클록 신호(CK45) 및 수신 데이터 신호(DATA)가 입력일 수 있다. 제4 플립 플롭(404)은 제4 클록 신호(CK135) 및 수신 데이터 신호(DATA)가 입력일 수 있다. 제1 XOR 게이트(431)는 제1 플립 플롭(401) 및 제2 플립 플롭(402)의 출력 값(Q0, Q90)이 입력일 수 있다. 제2 XOR 게이트(432)는 제3 플립 플롭(403) 및 제4 플립 플롭(404)의 출력 값(Q45, Q135)이 입력일 수 있다. 제5 플립 플롭(405)은 제1 XOR 게이트(431) 및 제2 XOR 게이트(432)의 출력 값(Z1, Z2)이 입력일 수 있다. 제6 플립 플롭(406)은 제1 XOR 게이트(431) 및 제2 XOR 게이트(432)의 출력 값(Z1, Z2)이 입력일 수 있다. 제7 플립 플롭(407)은 제5 플립 플롭(405) 및 제6 플립 플롭(406)의 출력 값(Z3, Z4)이 입력일 수 있다.The first flip-
제1, 제2, 제3, 및 제4 클록 신호(CK0, CK90, CK45, CK135)는 위상이 서로 다른 클록 신호일 수 있다. 도 5의 실시예에서 전압 제어 발진기(100)는 복수의 딜레이 셀(140)을 포함하는데, 각 딜레이 셀의 출력인 클록 신호는 서로 다른 위상을 가질 수 있으므로 이를 이용할 수 있다. 예를 들어, 제1 클록 신호(CK0)를 기준으로 했을 때, 제2 클록 신호(CK90)는 제1 클록 신호(CK0)로부터 90도 위상을 가질 수 있고, 제3 클록 신호(CK45)는 제1 클록 신호(CK0)로부터 45도 위상을 가질 수 있고, 제4 클록 신호(CK135)는 제1 클록 신호(CK0)로부터 135도 위상을 가질 수 있다.The first, second, third, and fourth clock signals CK0, CK90, CK45, and CK135 may be clock signals having different phases. In the embodiment of FIG. 5, the voltage-controlled
하프 레이트 모드의 제1 주파수 검출 신호(FD_H)는 제5 플립 플롭(405)의 출력 값일 수 있다. 하프 레이트 모드의 제2 주파수 검출 신호(DC-FD_H)는 제7 플립 플롭(407)의 출력 값일 수 있다.The first frequency detection signal FD_H in the half-rate mode may be the output value of the fifth flip-
풀 레이트 검출부(400f)는 제8 플립 플롭(408), 제9 플립 플롭(409), 제10 플립 플롭(410), 제11 플립 플롭(411), 및 제12 플립 플롭(412)을 포함할 수 있다.The
제8 플립 플롭(408)은 제5 클록 신호(CK0) 및 수신 데이터 신호(DATA)가 입력일 수 있다. 제9 플립 플롭(409)은 제6 클록 신호(CK90) 및 수신 데이터 신호(DATA)가 입력일 수 있다. 제10 플립 플롭(410)은 제8 플립 플롭(408) 및 제9 플립 플롭(409)의 출력 값(Q0, Q90)이 입력일 수 있다. 제11 플립 플롭(411)은 제8 플립 플롭(408) 및 제9 플립 플롭(409)의 출력 값(Q0, Q90)이 입력일 수 있다. 제12 플립 플롭(412)은 제10 플립 플롭(410) 및 제11 플립 플롭(411)의 출력 값(X1, X2)이 입력일 수 있다.The eighth flip-
제5 및 제6 클록 신호(CK0, CK90)는 위상이 서로 다른 클록 신호일 수 있다. 제5 클록 신호(CK0)는 제1 클록 신호(CK0)와 동일할 수 있으나, 실시예는 이에 한정되지 않는다. 제6 클록 신호(CK90)는 제2 클록 신호(CK90)와 동일할 수 있으나, 실시예는 이에 한정되지 않는다.The fifth and sixth clock signals CK0 and CK90 may be clock signals having different phases. The fifth clock signal CK0 may be the same as the first clock signal CK0, but the embodiment is not limited thereto. The sixth clock signal CK90 may be the same as the second clock signal CK90, but the embodiment is not limited thereto.
풀 레이트 모드의 제1 주파수 검출 신호(FD_F)는 제10 플립 플롭(410)의 출력 값일 수 있다. 풀 레이트 모드의 제2 주파수 검출 신호(DC-FD_F)는 제12 플립 플롭(412)의 출력 값일 수 있다.The first frequency detection signal FD_F in the full-rate mode may be an output value of the tenth flip-
도 3은 주파수 검출기의 신호를 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 입력 지터가 큰 경우 주파수 검출기의 신호를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 3 is a view for explaining a signal of the frequency detector, and FIG. 4 is a diagram for explaining a signal of the frequency detector when input jitter is large.
도 3 및 4는 본 실시예의 클록 및 데이터 복원 회로(10)가 하프 레이트 모드로 동작하는 경우를 예로 들어 설명하고 있다. 도 3 및 4는 클록 주파수(fCK)가 데이터 레이트(fDATA) 보다 큰 경우를 예로 들고 있다. 도 3은 입력 지터(input jitter)가 없는 경우이며, 도 4는 입력 지터가 있는 경우를 예로 든다.3 and 4 illustrate the case where the clock and
도 3을 참조하면, 하프 레이트 검출부(400h)의 경우, 풀 레이트 검출부(400f)와 달리, 신호(Q0) 및 신호(Q90)가 데이터(DATA)에 영향을 받게 되어 데이터 의존성 글리치(data dependent glitch)가 발생한다. 본 실시예에서는 하프 레이트 검출부(400h)가 제1 XOR 게이트(431) 및 제2 XOR 게이트(432)를 포함함으로써, XOR 게이트(431,432)를 통해 글리치들을 제거하여 신호(Z1, Z2)와 같이 의 주기를 갖는 클록 신호를 생성할 수 있다. 3, unlike the
하지만 입력 지터가 큰 경우, 도 4를 참조하면, 신호(Q0) 및 신호(Q90)에 추가적인 글리치가 발생한다. 이로 인해 신호(Z1, Z2)에 글리치가 전달되고, 제1 주파수 검출 신호(FD_H)가 정확한 값으로 나오지 않기 때문에 정확한 주파수 검출이 이뤄지지 않을 수 있다. 따라서 본 실시예에서는 하프 레이트 검출부(400h)가 제7 플립 플롭(407)을 포함함으로써, 신호(Z1, Z2)의 정제된 형태인 신호(Z3, Z4)가 생성될 수 있다.However, when the input jitter is large, referring to FIG. 4, additional glitches occur in the signal Q0 and the signal Q90. Because of this, glitches are transmitted to the signals Z1 and Z2, and the first frequency detection signal FD_H does not output an accurate value, so accurate frequency detection may not be performed. Therefore, in this embodiment, the half-
도 5는 제1 주파수 검출 신호 및 제2 주파수 검출 신호의 평균값을 설명하기 위한 도면이다.5 is a diagram for explaining an average value of the first frequency detection signal and the second frequency detection signal.
도 5는, 0.2-UIPP ISI 지터, 200-MHz 0.4-UI 시누소이드 지터(sinusoidal jitter), 3.0 Gbps 조건에서, 주파수 에러()(단위 ppm)에 대한 하프 레이트 검출부(400h)의 평균 출력을 시뮬레이션하고 있다. 주파수 에러()는 클록 주파수(fCLK)와 데이터 레이트(fDATA) 차이의 절대 값일 수 있다.FIG. 5 shows a graphical representation of the frequency error (in the case of 0.2-UI PP ISI jitter, 200-MHz 0.4-UI sinusoidal jitter, 3.0 Gbps condition) ) (Unit ppm) of the half-
클록 주파수(fCLK)가 데이터 레이트(fDATA) 보다 빠를 경우, 제1 주파수 검출 신호(FD_H)의 평균 값(E[FD_H])은 제1 임계값(+VTH)보다 클 수 있다. 클록 주파수(fCLK)가 데이터 레이트(fDATA) 보다 느릴 경우, 제1 주파수 검출 신호(FD_H)의 평균 값(E[FD_H])은 제2 임계값(-VTH)보다 작을 수 있다.The average value E [FD_H] of the first frequency detection signal FD_H may be greater than the first threshold value + V TH when the clock frequency f CLK is faster than the data rate f DATA . The average value E [FD_H] of the first frequency detection signal FD_H may be smaller than the second threshold value -V TH when the clock frequency f CLK is slower than the data rate f DATA .
따라서, 제1 주파수 검출 신호(FD_H)는 주파수 검출에 있어서 유효한 지시자(valid indicator)로 이용될 수 있다. 하지만 도 5를 참조하면 데드존 영역에서, 제1 주파수 검출 신호(FD_H)의 평균 값(E[[FD_H])은 제1 임계값(+VTH) 및 제2 임계값(-VTH) 사이에 존재하게 되어, 유효한 지시자로서 기능할 수가 없다.Therefore, the first frequency detection signal FD_H can be used as a valid indicator in frequency detection. But between Referring to Figure 5, in the dead zone region, the first average value of the frequency detection signal (FD_H) (E [[FD_H ]) is the first threshold value (+ V TH) and the second threshold value (-V TH) And can not function as a valid indicator.
제2 주파수 검출 신호(DC-FD_H)는, 제1 주파수 검출 신호(FD_H)를 이용하여 획득된 제1 뱅크 코드 및 제2 뱅크 코드의 인덱스 차이가 1이 아닌 경우, 즉 입력 지터가 심한 경우, 이용될 수 있다. 즉, 데드존 영역에서, 제2 주파수 검출 신호(DC-FD_H)는 유효한 지시자로서 기능할 수 있다.When the index difference between the first bank code and the second bank code obtained by using the first frequency detection signal FD_H is not 1, that is, when the input jitter is severe, the second frequency detection signal DC- Can be used. That is, in the dead zone area, the second frequency detection signal DC-FD_H can function as an effective indicator.
제2 주파수 검출 신호(DC-FD_H) 또한, 클록 주파수(fCLK)가 데이터 레이트(fDATA) 보다 빠를 경우 평균 값(E[DC-FD_H])은 제1 임계값(+VTH)보다 클 수 있고, 클록 주파수(fCLK)가 데이터 레이트(fDATA) 보다 느릴 경우 평균 값(E[DC-FD_H])은 제2 임계값(-VTH)보다 작을 수 있다.The second frequency detection signal DC-FD_H also has an average value E [DC-FD_H] greater than the first threshold value + V TH when the clock frequency f CLK is faster than the data rate f DATA And the average value E [DC-FD_H] may be less than the second threshold value -V TH when the clock frequency f CLK is slower than the data rate f DATA .
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 전압 제어 발진기를 설명하기 위한 도면이고, 도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 전압 제어 발진기의 성능을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 6 is a view for explaining a voltage-controlled oscillator according to an embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a view for explaining the performance of a voltage-controlled oscillator according to an embodiment of the present invention.
도 6을 참조하면 본 발명의 한 실시예에 따른 전압 제어 발진기(100)는 커패시터 뱅크(110), 밴드갭 레퍼런스 회로(BandGap reference circuit, BGR)(120), 바이어스 생성기(130), 및 딜레이 셀(140)을 포함한다.6, a voltage controlled
커패시터 뱅크(110)는 딜레이 셀(140)의 후단에 위치하고, 커패시터 배열 및 커패시터 용량을 결정하기 위한 스위칭 소자들을 포함할 수 있다. 커패시터 뱅크(110)의 스위칭 소자들은 뱅크 코드에 의해 스위칭 제어될 수 있다. 한 실시예에 따르면 뱅크 코드(Bank_con<4:0>)는 5 비트로 구성될 수 있다. 5 비트의 뱅크 코드는 예를 들어 32개의 각각의 인덱스(index)를 갖는 뱅크 코드를 표현할 수 있다.The
바이어스 생성기(130)는 온도 보상 회로를 포함할 수 있다. 온도 보상 회로는 전압 제어 발진기(100)에 필요한 바이어스 전류(IVCO)를 제공하며, 바이어스 전류(IVCO)는 CTAT 전류(Complementary to Absolute Temperature)(ICTAT), PTAT 전류(Proportional to Absolute Temperature)(IPTAT), 및 프로세스 보상 전류(IPROC)의 조합으로 구성될 수 있다. 온도 보상 회로는 아래 수학식 1 및 2를 만족하도록 구성될 수 있다.The
[수학식 1][Equation 1]
IVCO = ICTAT + IPTAT - IPROC I VCO = I CTAT + I PTAT - I PROC
[수학식 2]&Quot; (2) "
IPROC = VBG/(VTH,PMOS + VTH,NMOS)I PROC = V BG / (V TH, PMOS + V TH, NMOS )
프로세스 보상 전류(IPROC)가 바이어스 전류(IVCO)를 NMOS 및 PMOS의 임계 전압(threshold voltages)에 따라 조정하기 때문에, 프로세스 변동에 대한 스페어 뱅크(spare banks for process variation)가 불필요하게 된다. CTAT 전류(ICTAT) 및 PTAT 전류의 합(ICTAT + IPTAT)은 프로세스 보상 전류(IPROC)의 온도에 따른 변동을 보상한다.Since the process-compensating current I PROC adjusts the bias current I VCO according to the threshold voltages of the NMOS and PMOS, spare banks for process variations are not required. The CTAT current (I CTAT ) and the sum of the PTAT currents (I CTAT + I PTAT ) compensate for temperature dependent variations in the process compensation current (I PROC ).
도 7을 참조하면 온도에 따른 전압 제어 발진기(100)의 주파수의 측정 결과가 도시되어 있다. 전압 제어 발진기(100)는 클록 레이트 1.5 GHz 및 온도 변화 섭씨 (-)20도에서 (+)120도의 범위에서 주파수가 측정되었으며, 프리-러닝 VCO(free-running VCO)에서 측정된 주파수 변동 값은 4.67%이다.Referring to FIG. 7, the measurement result of the frequency of the voltage-controlled
도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 코드 결정 알고리즘을 설명하기 위한 도면이다.8 is a diagram for explaining a code determination algorithm according to an embodiment of the present invention.
도 8의 코드 결정 알고리즘은 코스 FLL의 뱅크 코드 생성에 적용될 수 있다. 유사하게, 도 8의 코드 결정 알고리즘은 파인 FLL의 발진기 제어 코드 생성에도 적용될 수 있다.The code determination algorithm of FIG. 8 can be applied to the bank code generation of the course FLL. Similarly, the code determination algorithm of FIG. 8 may also be applied to the oscillator control code generation of the fine FLL.
먼저 주파수 검출기(400)의 출력을 카운트하고(S101), 클럭 주파수(fCK)와 데이터 레이트(fDATA)의 크기를 비교한다(S102).First, the output of the
만약 클럭 주파수(fCK)가 데이터 레이트(fDATA) 보다 작은 경우, 코드의 현재 값(fCODE)과 코드의 과거 값(fCODE')을 비교한다(S103). 이때 코드의 값은 인덱스 값일 수 있다.If the clock frequency f CK is smaller than the data rate f DATA , the current value f CODE of the code and the past value f CODE 'of the code are compared (S103). The value of the code may be an index value.
코드의 과거 값(fCODE')이 더 크면, 토글(toggle) 값을 카운트하고 코드의 현재 값(fCODE)을 저장하며(S104), 코드의 현재 값(fCODE)에 1을 더한다(S105).If the past value f CODE 'of the code is larger, the toggle value is counted and the current value f CODE of the code is stored (S104), and 1 is added to the current value f CODE of the code ).
만약 단계(103)에서 코드의 현재 값(fCODE)이 더 크면, 코드의 현재 값(fCODE)에 1을 더한다(S105).If the current value f CODE of the code is larger in
다음으로, 단계(S109)에서 토글 카운트가 2인지를 확인한다. 토글 카운트가 2가 되면 FLL 과정은 종료된다. 토글 카운트가 2가 아니라면 단계(S101)로 돌아간다.Next, it is checked in step S109 whether the toggle count is 2 or not. When the toggle count reaches 2, the FLL process ends. If the toggle count is not 2, the process returns to step S101.
만약 단계(S102)에서 주파수(fCK)가 데이터 레이트(fDATA) 보다 큰 경우, 코드의 현재 값(fCODE)과 코드의 과거 값(fCODE')을 비교한다(S106).If the frequency f CK is greater than the data rate f DATA in step S102, the current value f CODE of the code is compared with the past value f CODE 'of the code (S106).
코드의 현재 값(fCODE)이 더 크면, 토글 값을 카운트하고 코드의 현재 값(fCODE)을 저장하며(S107), 코드의 현재 값(fCODE)에서 1을 뺀다(S108).If the current value f CODE of the code is larger, the toggle value is counted, the current value f CODE of the code is stored (S107), and 1 is subtracted from the current value f CODE of the code (S108).
만약 단계(S106)에서 코드의 과거 값(fCODE')이 더 크면, 코드의 현재 값(fCODE)에서 1을 뺀다(S108).If the past value f CODE 'of the code is larger in step S106, 1 is subtracted from the current value f CODE of the code (S108).
다음으로, 단계(S109)에서 토글 카운트가 2인지를 확인한다. 토글 카운트가 2가 되면 FLL 과정은 종료된다. 토글 카운트가 2가 아니라면 단계(S101)로 돌아간다.Next, it is checked in step S109 whether the toggle count is 2 or not. When the toggle count reaches 2, the FLL process ends. If the toggle count is not 2, the process returns to step S101.
상술한 알고리즘을 간략히 정리하자면, 클록의 주파수가 데이터의 주파수보다 느릴 경우 주파수 코드 값을 증가시키고, 반대의 경우에는 주파수 코드 값을 감소시킨다. 이때 주파수 코드의 증감 방향이 바뀌게 되면(toggling), 토글 카운트(toggle count)를 증가시키고 해당 주파수 코드를 저장한다. 최종적으로 주파수 코드의 증감 방향이 두 번 바뀌었을 때, 저장된 2 개의 주파수 코드의 범위에 타겟 주파수가 포함되게 된다.To summarize the above algorithm briefly, the frequency code value is increased when the frequency of the clock is slower than the frequency of the data, and the frequency code value is decreased in the opposite case. At this time, when the direction of the increase / decrease of the frequency code is changed (toggling), the toggle count is increased and the corresponding frequency code is stored. Finally, when the direction of increase / decrease of the frequency code is changed twice, the target frequency is included in the range of the stored two frequency codes.
종래의 주파수 획득 알고리즘에서는 주파수 코드를 작은 값부터 시작하여 타겟 주파수를 찾아가기 때문에 시간이 오래 걸리는데 비해 본 실시예의 알고리즘은 정해진 범위의 가운데 코드에서 시작하여 타겟 주파수를 찾아가기 때문에 주파수 획득 시간이 길어지는 것을 방지하는 효과가 있다.In the conventional frequency acquisition algorithm, since the frequency search is started from a small value and the target frequency is found to be long, the algorithm of the present embodiment starts from the center code of the predetermined range and searches for the target frequency, There is an effect to prevent.
도 9는 제1 주파수 검출 신호에 따라 제1 뱅크 코드 및 제2 뱅크 코드를 생성하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.9 is a diagram for explaining a process of generating a first bank code and a second bank code according to a first frequency detection signal.
도 9를 참조하면, 발진기 제어 전압(VCTRL)이 고정되어 있는 상태(본 실시예에서는 VDD/2)에서 코스 FLL이 수행된다.Referring to FIG. 9, the course FLL is performed in a state where the oscillator control voltage V CTRL is fixed (V DD / 2 in this embodiment).
도 9에서는 큰 입력 지터가 있는 경우를 예시로 들고 있기 때문에, 코스 FLL에서 제1 주파수 검출 신호를 이용하여 도 8의 알고리즘을 수행하여도 인접한 제1 뱅크 코드(Bank1) 및 제2 뱅크 코드(Bank2)를 도출할 수 없다. 따라서 도출된 제1 뱅크 코드(Bank1) 및 제2 뱅크 코드(Bank2)의 인덱스 차이는 1을 초과하게 된다. 도 9에서 예시적으로 도시된 제1 뱅크 코드(Bank1) 및 제2 뱅크 코드(Bank2)의 인덱스 차이는 4이다. 도 9에서 획득한 제1 뱅크 코드(Bank1), 제2 뱅크 코드(Bank2), 및 그 사이 뱅크 코드들은 데드존 뱅크(Deadzone banks)로 지칭될 수 있다.9 shows an example in which there is a large input jitter, even if the algorithm of FIG. 8 is performed using the first frequency detection signal in the course FLL, the adjacent first bank code Bank1 and the second bank code Bank2 ) Can not be derived. Therefore, the index difference between the derived first bank code (Bank1) and the second bank code (Bank2) exceeds one. The index difference between the first bank code (Bank1) and the second bank code (Bank2), which is illustratively shown in Fig. 9, is four. The first bank code (Bank1), the second bank code (Bank2), and the interbank codes obtained in FIG. 9 may be referred to as deadzone banks.
도 10은 제2 주파수 검출 신호에 따라 제1 뱅크 코드 및 제2 뱅크 코드를 재설정하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.10 is a diagram for explaining a process of resetting the first bank code and the second bank code according to the second frequency detection signal.
도 10을 참조하면, 도 9에서 획득된 데드존 뱅크 범위를 기준으로, 제2 주파수 검출 신호를 도 8의 알고리즘에 적용한 경우 제1 뱅크 코드(Bank1) 및 제2 뱅크 코드(Bank2)를 획득할 수 있음을 확인할 수 있다. 제1 뱅크 코드(Bank1) 및 제2 뱅크 코드(Bank2)는 인덱스 차이가 1로서, 제1 뱅크 코드(Bank1) 및 제2 뱅크 코드(Bank2)는 각각 뱅크 코드의 후보가 된다.Referring to FIG. 10, when the second frequency detection signal is applied to the algorithm of FIG. 8 based on the dead zone bank range obtained in FIG. 9, the first bank code (Bank 1) and the second bank code (Bank 2) are acquired . The first bank code Bank1 and the second bank code Bank2 have an index difference of 1 and the first bank code Bank1 and the second bank code Bank2 are candidates for the bank code.
도 11은 제1 발진기 제어 코드 및 제2 발진기 제어 코드를 생성하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.11 is a diagram for explaining a process of generating a first oscillator control code and a second oscillator control code.
발진기 제어 코드 생성 모듈(210)은 제1 뱅크 코드(Bank1)에 대한 제1 발진기 제어 코드(901)를 생성할 수 있으며, 락 디텍터(220)는 발진기 제어 전압 조절기(700) 및 비교기(300)를 통해 제1 발진기 제어 코드(901)를 이용하여 위상 고정이 될 수 있는 지를 확인할 수 있다. 도 11을 참조하면 제1 발진기 제어 코드(901)에 따른 발진기 제어 전압(VCTRL)이 비교기의 기준 전압 범위(VL 내지 VH) 내에 있으므로, 제1 뱅크 코드(Bank1) 및 제1 발진기 제어 코드(901)가 최종적으로 선택되고, 주파수 고정이 수행될 수 있다.The oscillator control
발진기 제어 코드 생성 모듈(210)은 제2 뱅크 코드(Bank2)에 대한 제2 발진기 제어 코드(902)를 생성할 수 있으며, 락 디텍터(220)는 발진기 제어 전압 조절기(700) 및 비교기(800)를 통해 제2 발진기 제어 코드(902)를 이용하여 위상 고정이 될 수 있는 지를 확인할 수 있다. 도 11을 참조하면 제2 발진기 제어 코드(902)에 따른 발진기 제어 전압(VCTRL)이 비교기의 기준 전압 범위(VL 내지 VH) 밖에 있으므로, 제2 뱅크 코드(Bank2) 및 제2 발진기 제어 코드(902)는 최종 선택에서 배제되게 된다.The oscillator control
최종적으로 PLL 과정으로 전환되었을 때, 발진기 제어 전압(VCTRL)이 기준 전압 범위(VL 내지 VH) 내에 있을 때, 클록 및 데이터 복원 회로(10)가 온도 변화에 상관없이 연속적인 데이터 복원이 가능하다고 판단하게 된다.When the oscillator control voltage V CTRL is finally within the reference voltage range (V L to V H ) when the PLL process is finally switched, the clock and
도 11에서 VMIN 내지 VMAX는 발진기 제어 전압(VCTRL)의 가용 범위를 나타내며, (VL-VMIN)KVCO 또는 (VMAX-VH)KVCO 가 온도에 따라 클록 및 데이터 복원 회로(10)에서 커버할 수 있는 VCO 주파수 변화의 최소값이 된다.In Figure 11 V MIN to V MAX represents the available range of the oscillator control voltage (V CTRL), (V L -V MIN) K VCO or (V MAX -V H) K VCO clock and data recovery circuit with the temperature Is the minimum value of the VCO frequency variation that can be covered by the
도 12는 본 발명의 한 실시예에 따른 클록 및 데이터 복원 회로의 시뮬레이션 결과를 설명하기 위한 도면이다.12 is a diagram for explaining simulation results of a clock and data recovery circuit according to an embodiment of the present invention.
알고리즘에 따라 코스 FLL과 파인 FLL을 통해 클록 주파수와 데이터 전송률의 차이를 5000ppm이하로 맞추고, 뒤이어 PLL로 전환하여 최종적으로 위상 고정을 획득하는 것을 확인할 수 있다.According to the algorithm, it can be confirmed that the difference between the clock frequency and the data transfer rate is less than 5000 ppm through the course FLL and the fine FLL, and then the PLL is converted to the phase lock.
지금까지 참조한 도면과 기재된 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description of the present invention are illustrative and explanatory only and are intended to be illustrative of the invention and are not to be construed as limiting the scope of the invention as defined by the appended claims. It is not. Therefore, those skilled in the art will appreciate that various modifications and equivalent embodiments are possible without departing from the scope of the present invention. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.
10: 클록 및 데이터 복원 회로
100: 전압 제어 발진기
200: 디지털 회로부
300: 비교기
400: 주파수 검출기
500: 위상 검출기
600: 차지 펌프
700: 발진기 제어 전압 조절기
800: 루프 필터10: Clock and data recovery circuit
100: voltage-controlled oscillator
200: Digital circuit part
300: comparator
400: Frequency detector
500: phase detector
600: charge pump
700: Oscillator control voltage regulator
800: Loop filter
Claims (8)
상기 커패시터 뱅크에 대한 제어 신호인 뱅크 코드를 생성하고, 상기 뱅크 코드에 따른 발진기 제어 코드를 생성하는 디지털 회로부; 및
상기 발진기 제어 코드에 따라 생성된 발진기 제어 전압이 허용 범위 내에 있는지 비교하는 비교기; 및
상기 발진기 제어 코드에 따라 상기 발진기 제어 전압을 조절하는 발진기 제어 전압 조절기를 포함하고,
상기 발진기 제어 전압이 상기 허용 범위 내에 있는 경우, 상기 뱅크 코드 및 상기 발진기 제어 코드에 따라 동작하여 복원 클록 신호 및 복원 데이터 신호를 출력하는,
클록 및 데이터 복원 회로.A voltage controlled oscillator including a capacitor bank;
A digital circuit for generating a bank code, which is a control signal for the capacitor bank, and generating an oscillator control code according to the bank code; And
A comparator for comparing the oscillator control voltage generated according to the oscillator control code to an acceptable range; And
And an oscillator control voltage regulator for regulating the oscillator control voltage according to the oscillator control code,
And outputting a restored clock signal and a restored data signal according to the bank code and the oscillator control code when the oscillator control voltage is within the allowable range,
Clock and data recovery circuit.
클록 주파수와 데이터 레이트를 비교한 로직 값인 제1 주파수 검출 신호 및 상기 제1 주파수 검출 신호의 플립 플롭 출력 값인 제2 주파수 검출 신호를 상기 디지털 회로부로 출력하는 주파수 검출기를 더 포함하는
클록 및 데이터 복원 회로.The method according to claim 1,
And a frequency detector for outputting a first frequency detection signal, which is a logic value obtained by comparing a clock frequency and a data rate, and a second frequency detection signal, which is a flip flop output value of the first frequency detection signal, to the digital circuitry
Clock and data recovery circuit.
상기 주파수 검출기는 하프 레이트(half-rate) 검출부를 포함하고,
상기 하프-레이트 검출부는
제1 클록 신호가 데이터(D) 포트에 입력되고, 수신 데이터 신호가 클럭(clk)포트에 입력되는 제1 플립 플롭;
제2 클록 신호가 데이터(D) 포트에 입력되고, 수신 데이터 신호가 클럭(clk)포트에 입력되는 제2 플립 플롭;
제3 클록 신호가 데이터(D) 포트에 입력되고, 수신 데이터 신호가 클럭(clk)포트에 입력되는 제3 플립 플롭;
제4 클록 신호가 데이터(D) 포트에 입력되고, 수신 데이터 신호가 클럭(clk)포트에 입력되는 제4 플립 플롭;
상기 제1 플립 플롭 및 상기 제2 플립 플롭의 출력 값이 입력인 제1 XOR 게이트;
상기 제3 플립 플롭 및 상기 제4 플립 플롭의 출력 값이 입력인 제2 XOR 게이트;
상기 제1 XOR 게이트의 출력 값이 데이터 포트에 입력되고, 상기 제2 XOR 게이트의 출력 값이 클럭 포트에 입력되는 제5 플립 플롭;
상기 제1 XOR 게이트의 출력 값이 클럭 포트에 입력되고, 상기 제2 XOR 게이트의 출력 값이 데이터 포트에 입력되는 제6 플립 플롭; 및
상기 제5 플립 플롭의 출력 값이 데이터 포트에 입력되고, 상기 제6 플립 플롭의 출력 값이 클럭 포트에 입력되는 제7 플립 플롭을 포함하고,
상기 제1, 제2, 제3, 및 제4 클록 신호는 위상이 서로 다른 클록 신호이고,
상기 제1 주파수 검출 신호는 상기 제5 플립 플롭의 출력 값이고,
상기 제2 주파수 검출 신호는 상기 제7 플립 플롭의 출력 값인,
클록 및 데이터 복원 회로.3. The method of claim 2,
The frequency detector includes a half-rate detector,
The half-rate detector
A first flip-flop in which a first clock signal is input to a data (D) port and a received data signal is input to a clock (clk) port;
A second flip-flop in which a second clock signal is input to a data (D) port and a received data signal is input to a clock (clk) port;
A third flip-flop in which a third clock signal is input to a data (D) port and a received data signal is input to a clock (clk) port;
A fourth flip-flop in which a fourth clock signal is input to a data (D) port and a received data signal is input to a clock (clk) port;
A first XOR gate to which the output values of the first flip-flop and the second flip-flop are input;
A second XOR gate to which the output values of the third flip-flop and the fourth flip-flop are input;
A fifth flip-flop in which the output value of the first XOR gate is input to the data port and the output value of the second XOR gate is input to the clock port;
A sixth flip-flop in which the output value of the first XOR gate is input to the clock port and the output value of the second XOR gate is input to the data port; And
And a seventh flip-flop in which the output value of the fifth flip-flop is input to the data port and the output value of the sixth flip-flop is input to the clock port,
The first, second, third, and fourth clock signals are clock signals having different phases,
The first frequency detection signal is an output value of the fifth flip-flop,
Wherein the second frequency detection signal is an output value of the seventh flip-
Clock and data recovery circuit.
상기 주파수 검출기는 풀 레이트(full-rate) 검출부를 포함하고,
상기 풀-레이트 검출부는
제5 클록 신호가 데이터(D) 포트에 입력되고, 수신 데이터 신호가 클럭(clk)포트에 입력되는 제8 플립 플롭;
제6 클록 신호가 데이터(D) 포트에 입력되고, 수신 데이터 신호가 클럭(clk)포트에 입력되는 제9 플립 플롭;
상기 제8 플립 플롭의 출력 값이 데이터 포트에 입력되고, 상기 제9 플립 플롭의 출력 값이 클럭 포트에 입력되는 제10 플립 플롭;
상기 제8 플립 플롭의 출력 값이 클럭 포트에 입력되고, 상기 제9 플립 플롭의 출력 값이 데이터 포트에 입력되는 제11 플립 플롭; 및
상기 제10 플립 플롭의 출력 값이 데이터 포트에 입력되고, 상기 제11 플립 플롭의 출력 값이 클럭 포트에 입력되는 제12 플립 플롭을 포함하고,
상기 제5 및 제6 클록 신호는 위상이 서로 다른 클록 신호이고,
상기 제1 주파수 검출 신호는 상기 제10 플립 플롭의 출력 값이고,
상기 제2 주파수 검출 신호는 상기 제12 플립 플롭의 출력 값인,
클록 및 데이터 복원 회로.3. The method of claim 2,
The frequency detector includes a full-rate detector,
The full-rate detector
An eighth flip flop in which a fifth clock signal is input to a data (D) port and a received data signal is input to a clock (clk) port;
A ninth flip-flop in which a sixth clock signal is input to a data (D) port and a received data signal is input to a clock (clk) port;
A tenth flip-flop in which the output value of the eighth flip-flop is input to the data port and the output value of the ninth flip-flop is input to the clock port;
An eleventh flip-flop in which the output value of the eighth flip-flop is input to the clock port and the output value of the ninth flip-flop is input to the data port; And
And a twelfth flip-flop in which the output value of the tenth flip-flop is input to the data port and the output value of the eleventh flip-flop is input to the clock port,
Wherein the fifth and sixth clock signals are clock signals having different phases,
The first frequency detection signal is an output value of the tenth flip-flop,
Wherein the second frequency detection signal is an output value of the twelfth flip-
Clock and data recovery circuit.
데이터 및 클록 신호를 입력받고 위상차이 신호를 출력하는 위상 검출기;
상기 위상차이 신호에 따라 전하를 공급하는 차지 펌프; 및
루프 선택 신호에 따라 상기 차지 펌프 또는 상기 발진기 제어 전압 조절기에 연결되는 루프 필터를 더 포함하는
클록 및 데이터 복원 회로.3. The method of claim 2,
A phase detector receiving the data and clock signals and outputting a phase difference signal;
A charge pump for supplying charge according to the phase difference signal; And
And a loop filter coupled to the charge pump or the oscillator control voltage regulator according to a loop select signal
Clock and data recovery circuit.
상기 루프 필터는 주파수 고정 과정에서 상기 발진기 제어 전압 조절기에 연결되고 위상 고정 과정에서 상기 차지 펌프에 연결되는,
클록 및 데이터 복원 회로.6. The method of claim 5,
Wherein the loop filter is connected to the oscillator control voltage regulator in a frequency fixing process and is connected to the charge pump in a phase locking process,
Clock and data recovery circuit.
상기 디지털 회로부는
상기 제1 주파수 검출 신호에 따라 제1 뱅크 코드 및 제2 뱅크 코드를 생성하고,
상기 제1 뱅크 코드에 대한 제1 발진기 제어 코드를 생성하고,
상기 제2 뱅크 코드에 대한 제2 발진기 제어 코드를 생성하고,
상기 비교기를 통해 상기 허용 범위 내에 있는 상기 발진기 제어 전압에 대응하는 뱅크 코드 및 발진기 제어 코드를 선택하는
클록 및 데이터 복원 회로.3. The method of claim 2,
The digital circuit section
Generates a first bank code and a second bank code in accordance with the first frequency detection signal,
Generating a first oscillator control code for the first bank code,
Generating a second oscillator control code for the second bank code,
And a bank code and an oscillator control code corresponding to the oscillator control voltage within the allowable range are selected through the comparator
Clock and data recovery circuit.
상기 제1 뱅크 코드 및 상기 제2 뱅크 코드의 인덱스 차이가 1이 아닌 경우,
상기 제2 주파수 검출 신호에 따라 상기 제1 뱅크 코드 및 상기 제2 뱅크 코드를 재설정하는,
클록 및 데이터 복원 회로.
8. The method of claim 7,
When the index difference between the first bank code and the second bank code is not 1,
And resetting the first bank code and the second bank code in accordance with the second frequency detection signal,
Clock and data recovery circuit.
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---|---|---|---|
KR1020160152078A KR101831684B1 (en) | 2016-11-15 | 2016-11-15 | Clock and data recovery circuit |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102600080B1 (en) * | 2022-07-11 | 2023-11-08 | 인하대학교 산학협력단 | Counter-based Digital CDR |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100308601B1 (en) | 1993-04-20 | 2001-11-30 | 락스 죠셉 제이. | Phase-locked loop to measure and correct errors in alternating periods |
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Patent Citations (1)
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