JP2014090371A - 同期化回路及びこれを含むクロックデータリカバリ回路 - Google Patents

同期化回路及びこれを含むクロックデータリカバリ回路 Download PDF

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Abstract

【課題】擬似ロックを生じさせることなく基準クロック信号に同期した再生クロック信号を生成することが可能な同期化回路及びこれを含むクロックデータリカバリ回路を提供する。
【解決手段】入力データ信号中に所定周期毎に現れるデータ遷移点に対応した基準クロック信号に同期したクロック信号を生成するにあたり、以下の如き擬似ロック回避処理を行う。すなわち、チャージポンプによって第1ライン上に送出された位相制御電圧が下限基準電圧を下回ったときに第1ラインに対するプリチャージを開始し、この位相制御電圧が上限基準電圧を上回るまで、このプリチャージ動作を継続する。
【選択図】図9

Description

本発明は、基準クロック信号に同期した再生クロック信号を生成する同期化回路及びこの同期化回路を含むクロックデータリカバリ回路(以下、CDR回路と称する)に関する。
現在、高速シリアルデータの通信方式として、データ信号中にクロック信号を重畳させて伝送するエンベデットクロック(embedded clock)方式が採用されている。
エンベデットクロック方式を採用した通信システムの受信装置には、受信データ信号におけるデータ遷移の周期性を利用してこの受信データ信号から、データの遷移点に位相同期した再生クロック信号を取得するCDR回路が搭載されている(例えば、特許文献1の図5参照)。このCDR回路は、位相・周波数検出器、チャージポンプ、ループフィルタ、電圧制御発振器及び分周器からなるPLL(phase locked loop)回路を備えている(例えば、特許文献1の図5参照)。
しかしながら、様々な要因により、再生クロック信号の周波数が所望の周波数よりも高い周波数にロックされてしまう擬似ロック(false lock)が生じる場合があり、この際、正確なデータ受信が保証されなくなるという問題が発生した。
そこで、かかるCDR回路には、同期化回路としてのPLL回路に擬似ロックが生じているか否かを検出する擬似ロック検出回路が搭載されている(例えば、特許文献1の図5の符号40)。この擬似ロック検出回路は、受信データ信号中に含まれる擬似ロック検出用のトレーニングパターンを上記した再生クロック信号のタイミングでサンプリングして得たデータ系列のパターンに基づいて、擬似ロックが生じているか否かを検出する。そして、かかる擬似ロック検出回路によって擬似ロックが検出された場合には、PLL回路内の電圧制御発振器に供給する電圧を強制的に低下させることにより、所望の周波数よりも高い周波数にロックしてしまった再生クロック信号の周波数を低下させるのである。
ところで、外来ノイズ等によって、PLL回路内の位相・周波数検出器が誤動作して、例えば位相進み(又は遅れ)に対応した信号だけが継続してチャージポンプに供給されるようになると、チャージポンプの出力がゼロレベルに固定されてしまう。よって、その後、新たなデータ信号を受信した際には、チャージポンプの出力がゼロレベルの状態からPLL回路が初期同期を開始することになるので、この際、PLL回路等の帰還ループを有する同期化回路は、所望の周波数とは異なる周波数で擬似ロックしてしまう虞があった。
特開2011−30058号公報
本発明は、擬似ロックを生じさせることなく基準クロック信号に同期した再生クロック信号を生成することが可能な同期化回路及びこれを含むクロックデータリカバリ回路を提供することを目的とする。
本発明に係る同期化回路は、基準クロック信号に同期した再生クロック信号を生成する同期化回路であって、前記基準クロック信号と前記再生クロック信号との間の位相差に対応した電圧値を有する位相制御電圧を生成しこれを第1ライン上に送出するチャージポンプと、前記位相制御電圧に応じて前記再生クロック信号の位相を制御する位相制御回路と、前記位相制御電圧が下限基準電圧を下回ったときに前記第1ラインに対するプリチャージを開始し、前記位相制御電圧が上限基準電圧を上回るまで前記第1ラインに対するプリチャージ動作を継続する擬似ロック回避回路と、を有する。
また、本発明に係るクロックデータリカバリ回路は、入力データ信号中に所定周期毎に現れるデータ遷移点に同期した基準クロック信号を生成するクロック生成手段と、前記基準クロック信号に同期した再生クロック信号を生成する同期化手段と、を含むクロックデータリカバリ回路であって、前記同期化手段は、前記基準クロック信号と前記再生クロック信号との間の位相差に対応した電圧値を有する位相制御電圧を生成しこれを第1ライン上に送出するチャージポンプと、前記位相制御電圧に応じて前記基準クロック信号の位相を制御する位相制御回路と、前記位相制御電圧が下限基準電圧を下回ったときに前記第1ラインに対するプリチャージを開始し、前記位相制御電圧が上限基準電圧を上回るまで前記第1ラインに対するプリチャージ動作を継続する擬似ロック回避回路と、を有する。
本発明においては、チャージポンプを備えた同期化回路によって基準クロック信号に同期したクロック信号を生成するにあたり、以下の如き擬似ロック回避処理を行う。すなわち、チャージポンプによって第1ライン上に送出された位相制御電圧が下限基準電圧を下回ったときに第1ラインに対するプリチャージを開始し、この位相制御電圧が上限基準電圧を上回るまで第1ラインに対するプリチャージ動作を継続させるのである。
これにより、例え外来ノイズの影響によってチャージポンプ動作が実質的に停止した状態になっても、この際、第1ラインが強制的にプリチャージされるので、位相制御電圧の電圧を高電圧値に維持させておくことが可能となる。
よって、本発明によれば、位相制御電圧が接地電圧近傍の低電圧にある状態から、同期化回路が初期同期を開始した場合に生じてしまう擬似ロックを回避することが可能となる。
本発明に係る同期化回路としてのDLL回路3を含むクロックデータリカバリ回路100の構成を示すブロック図である。 クロックデータリカバリ回路100の内部動作を示すタイムチャートである。 クロック生成部2の内部構成の一例を示す回路図である。 可変遅延ナンドゲート21、22及び62の内部構成を示す回路図である。 多相クロック生成部30の内部構成を示す回路図である。 可変遅延回路301〜301各々の内部構成を示す回路図である。 イネーブル信号生成部6の内部構成の一例を示す回路図である。 イネーブル信号ENの送出タイミング及びイネーブル信号ENを生成する為に用いられるイネーブルクロック信号CK(X)のタイミングを示すタイムチャートの一例である。 擬似ロック回避回路34の内部構成の一例を示す回路図である。 擬似ロック回避回路34の内部動作を示すタイムチャートである。 擬似ロック回避回路34による擬似ロック回避動作の一例を示すタイムチャートである。 擬似ロック回避回路34の内部構成の他の一例を示す回路図である。 図12に示す擬似ロック回避回路34による擬似ロック回避動作の一例を示すタイムチャートである。
図1は、本発明に係る同期化回路としてのDLL回路3を含むクロックデータリカバリ回路100を示すブロック図である。
図1に示すクロックデータリカバリ回路100は、図示せぬ受信装置に搭載されている半導体ICに形成されている。かかる受信装置は、送信装置(図示せぬ)から送信された送信信号を受信して復調し、これを2値化したものを受信データ信号DINとして生成する。この際、受信データ信号DINには、図2に示す如く、夫々が単位データ周期UIを有する複数のデータビットからなるデータ系列DS中に、基準遷移周期P毎に1ビット分のダミービットDBが挿入されている。この際、図2に示すように、データ系列DSの先頭のデータビットが論理レベル0である場合にはその直前に論理レベル1のダミービットDBが挿入される。一方、先頭のデータビットが論理レベル1である場合にはその直前に論理レベル0のダミービットDBが挿入される。これにより、受信データ信号DINには、基準遷移周期P毎に、ダミービットDBのリアエッジ部にて論理レベル1から論理レベル0、或いは論理レベル0から論理レベル1に遷移する基準遷移部TCが出現することになる。
遷移検出部1は、かかる受信データ信号DIN中からデータビットの値が論理レベル0から論理レベル1に遷移する立ち上がりエッジ部を検出した時、及び論理レベル1から論理レベル0に遷移する立ち下がりエッジ部を検出した時に、図2に示す如き短パルスの遷移検出信号CLKX2を生成し、これをクロック生成部2に供給する。すなわち、遷移検出部1は、受信データ信号DINのデータ遷移点を短パルスで表す遷移検出信号CLKX2をクロック生成部2に供給する。
図3は、クロック生成部2の内部構成を示す回路図である。
図3に示すように、クロック生成部2は、可変遅延ナンドゲート21、22、ナンドゲート23、インバータ24及び25からなるRSフリップフロップ(以下、RSFFと称する)によって構成されている。
可変遅延ナンドゲート21は、遷移検出部1から供給された遷移検出信号CLKX2と、後述するイネーブル信号生成部6から供給された、図2に示す如きイネーブル信号ENとの否定論理積を求め、この否定論理積結果を示すセット信号ST1をナンドゲート23の入力端子I1に供給する。要するに、可変遅延ナンドゲート21は、イネーブル信号ENが論理レベル1である間にだけ遷移検出信号CLKX2を取り込み、この取り込んだ遷移検出信号CLKX2の論理レベルを反転させた信号を、セット信号ST1としてナンドゲート23に供給するのである。尚、可変遅延ナンドゲート21は、遷移検出信号CLKX2が論理レベル0から論理レベル1の状態に遷移した時点から0.5・UI(UI:単位データ周期)だけ遅らせて上記セット信号ST1をナンドゲート23に供給する。この際、可変遅延ナンドゲート21での遅延時間は、後述する遅延調整信号(CT、CT)に応じて常に0.5・UIを維持するように調整されている。このように、可変遅延ナンドゲート21は、イネーブル信号ENに応じて遷移検出信号CLKX2を単位データ周期UI分だけ遅延させてから取り込む可変遅延取込手段として動作するものである。インバータ24は、再生クロック信号CK(後述する)の論理レベルを反転させた信号をリセット信号RT1として可変遅延ナンドゲート22の入力端子I2に供給する。可変遅延ナンドゲート22の入力端子I1にはナンドゲート23の出力端子が接続されており、可変遅延ナンドゲート22の出力端子には、ナンドゲート23の入力端子I2及びインバータ25の入力端子が接続されている。尚、可変遅延ナンドゲート22は、再生クロック信号CKが論理レベル0から論理レベル1の状態に遷移した時点から0.5・UIだけ遅らせてその出力結果をナンドゲート23及びインバータ25各々に供給する。この際、可変遅延ナンドゲート22での遅延時間は、遅延調整信号(CT、CT)に応じて常に0.5・UIを維持するように調整されている。インバータ25は、可変遅延ナンドゲート22から送出された信号の論理レベルを反転させた信号を基準クロック信号CLKとして出力する。
図4は、可変遅延ナンドゲート21及び23の内部構成の一例を示す回路図である。
図4に示すように、可変遅延ナンドゲート21及び23の各々は、nチャネルMOS(metal-oxide semiconductor)型のトランジスタ201及び202と、pチャネルMOS型のトランジスタ203及び204と、可変抵抗205〜207と、を有する。
トランジスタ201のゲート端子は入力端子I1に接続されており、そのソース端子はトランジスタ202のドレイン端子に接続されている。トランジスタ201のドレイン端子は出力ラインL0を介してトランジスタ203及び204各々のドレイン端子に接続されている。トランジスタ202のゲート端子は入力端子I2に接続されており、そのソース端子は可変抵抗205の一端に接続されている。可変抵抗205の他端には接地電圧GNDが印加されている。可変抵抗205は、遅延調整信号CT(後述する)に応じてその抵抗値を変更する。トランジスタ203のゲート端子は入力端子I1に接続されており、そのソース端子は可変抵抗206の一端に接続されている。可変抵抗206の他端には電源電圧VDDが印加されている。トランジスタ204のゲート端子は入力端子I2に接続されており、そのソース端子は可変抵抗207の一端に接続されている。可変抵抗207の他端には電源電圧VDDが印加されている。これら可変抵抗206及び207は、遅延調整信号CT(後述する)に応じて、その抵抗値を変更する。よって、入力端子I1又はI2に論理レベル0に対応した電圧が印加されると、トランジスタ203又は204がオン状態となり、可変抵抗206及びトランジスタ203、または可変抵抗207及びトランジスタ204を介して電流が出力ラインL0に流れ込む。これにより、出力ラインL0が充電され、この出力ラインL0上の電圧が時間経過につれて上昇する。この際、入力端子I1又はI2に印加されていた電圧が論理レベル1から論理レベル0に遷移してから0.5・UIだけ経過した時点で出力ラインL0上の電圧が閾値電圧以上となり、論理レベル0から論理レベル1に遷移する信号が出力端子Yを介して送出される。
ここで、遅延調整信号CTに応じて可変抵抗206及び207の抵抗値が増加すると、出力ラインL0を充電する電流量が低下し、時間経過に伴う出力ラインL0上の電圧上昇率が低下する。よって、その電圧が閾値電圧を超えるまでの時間が長くなり、それ故、出力端子Yを介して送出される信号の遅延時間が増加する。一方、遅延調整信号CTに応じて可変抵抗206及び207の抵抗値が低下すると、出力ラインL0を充電する電流量が増加し、時間経過に伴う出力ラインL0上の電圧上昇率が高くなる。よって、その電圧が閾値電圧を超えるまでの時間が短くなり、それ故、出力端子Yを介して送出される信号の遅延時間が減少する。又、入力端子I1及びI2に共に論理レベル1に対応した電圧が印加されると、トランジスタ201及び202がオン状態となり、出力ラインL0からトランジスタ201、202及び可変抵抗205に電流が引き込まれる。これにより、出力ラインL0が放電し、この出力ラインL0上の電圧が時間経過につれて下降する。この際、入力端子I1及びI2に共に論理レベル1に対応した電圧が印加開始されてから0.5・UIだけ経過した時点で出力ラインL0上の電圧が閾値電圧未満となり、論理レベル1から論理レベル0に遷移する信号が出力端子Yを介して送出される。ここで、遅延調整信号CTに応じて可変抵抗205の抵抗値を増加すると、出力ラインL0を放電させる電流量が低下するので、時間経過に伴う出力ラインL0上の電圧下降率が低くなる。よって、その電圧が閾値電圧を下回るまでの時間が長くなり、それ故、出力端子Yを介して送出される信号の遅延時間を増大させるような調整が施されることになる。一方、遅延調整信号CTに応じて可変抵抗205の抵抗値が低下すると、出力ラインL0を放電する電流量が増加するので、時間経過に伴う出力ラインL0上の電圧下降率が高くなる。よって、その電圧が閾値電圧を下回るまでの時間が短くなり、それ故、出力端子Yを介して送出される信号の遅延時間を減少させるような調整が施されることになる。
上記した構成により、クロック生成部2は、イネーブル信号ENが論理レベル1の状態にある場合にだけ遷移検出信号CLKX2を取り込む。そして、クロック生成部2は、図2に示す如く、遷移検出信号CLKX2の立ち上がりエッジタイミングで論理レベル0から論理レベル1の状態に遷移し、その後、再生クロック信号CKの立ち上がりエッジタイミングで論理レベル0の状態に遷移するというパルス波形を有する基準クロック信号CLKを生成する。尚、クロック生成部2は、上記した可変遅延ナンドゲート21及び22を備えることにより、図2に示すように、遷移検出信号CLKX2又は再生クロック信号CKの立ち上がりエッジタイミングから、1.0・UIだけ遅延させたタイミングで基準クロック信号CLKを出力する。この際、クロック生成部2での遅延時間は、可変遅延ナンドゲート21及び22により、遅延調整信号(CT、CT)に応じて常に1.0・UIを維持するように調整されている。
クロック生成部2は、かかる基準クロック信号CLKを遅延ロックループ(以下、DLLと称する)回路3に供給する。
ここで、イネーブル信号ENは、図2に示すように、基準遷移周期Pにて論理レベル0から論理レベル1の状態に遷移するパルスの列からなる信号である。
よって、上記した遷移検出部1及びクロック生成部2からなるクロック生成手段は、入力データ信号DIN中において所定の基準遷移周期P毎に現れるデータ遷移点に同期した基準クロック信号CLKを生成し、これをDLL回路3に供給するのである。
同期化回路としてのDLL回路3は、多相クロック生成部30、位相比較器31、チャージポンプ32、位相制御回路33及び擬似ロック回避回路34を含む。
位相比較器31は、基準クロック信号CLKと再生クロック信号CK(後述する)との位相を比較する。この際、位相比較器31は、基準クロック信号CLKに対して再生クロック信号CKが遅れ位相である場合にはチャージアップ信号UPをチャージポンプ32に供給する一方、基準クロック信号CLKに対して再生クロック信号CKが進み位相である場合にはチャージダウン信号DNをチャージポンプ32に供給する。
チャージポンプ32は、チャージアップ信号UPが供給されている間は徐々にその電圧が増加する一方、チャージダウン信号DNが供給されている間は徐々にその電圧が下降する位相制御電圧CTRを生成し、これをラインLPに送出する。チャージポンプ32から出力された位相制御電圧CTRは、ラインLPを介して位相制御回路33及び擬似ロック回避回路34に夫々供給される。
位相制御回路33は、位相制御電圧CTRが増加している間は遅延量を徐々に低下させるべき遅延調整信号CT及びCTを生成する。一方、位相制御電圧CTRが下降している間は、位相制御回路33は、その遅延量を徐々に増加させるべき遅延調整信号CT及びCTを生成する。位相制御回路33は、かかる遅延調整信号CT及びCTをクロック生成部2、イネーブル信号生成部6及び多相クロック生成部30に供給する。すなわち、位相比較器31、チャージポンプ32及び位相制御回路33からなる位相制御手段は、再生クロック信号CK〜CKの内の1の再生クロック信号CKと基準クロック信号CLKとの間の位相差に対応した遅延調整信号CT及びCTに応じて、クロック生成部2、イネーブル信号生成部6及び多相クロック生成部30各々の遅延量(位相)を制御する。
図5は、多相クロック生成部30の内部構成を示す回路図である。
図5に示すように、多相クロック生成部30は、直列に接続された可変遅延回路301〜301からなる。
図6は、可変遅延回路301〜301各々の内部構成を示す回路図である。
図6において、pチャネルMOS(metal-oxide semiconductor)型のトランジスタ311及びnチャネルMOS型のトランジスタ312各々のゲート端子は、入力端子Iに接続されており、夫々のドレイン端子はラインL1を介してインバータ313の入力端子に接続されている。トランジスタ311のソース端子には可変抵抗314を介して電源電圧VDDが印加されている。可変抵抗314は、遅延調整信号CTに応じてその抵抗値を変更する。トランジスタ312のソース端子には可変抵抗315を介して接地電圧GNDが印加されている。可変抵抗315は、遅延調整信号CTに応じてその抵抗値を変更する。 よって、入力端子Iに論理レベル0に対応した電圧が印加されると、トランジスタ311及び312の内のトランジスタ311がオン状態となり、可変抵抗314及びトランジスタ311を介して電流がラインL1に流れ込む。これにより、ラインL1が充電され、このラインL1上の電圧が時間経過につれて上昇する。ここで、入力端子Iに論理レベル1に対応した電圧が印加開始されてから0.5・UIだけ経過するとラインL1上の電圧がインバータ313の閾値電圧を超える。よって、インバータ313は論理レベル1から論理レベル0に遷移する信号を出力端子Yを介して送出する。この際、遅延調整信号CTに応じて可変抵抗314の抵抗値が増加すると、ラインL1を充電する電流量が低下するので、時間経過に伴うラインL1上の電圧上昇率が低下する。よって、その電圧がインバータ313の閾値電圧を超えるまでの時間が長くなり、インバータ313が論理レベル0に対応した電圧をその出力端子Yに送出するタイミングが遅くなる。一方、入力端子Iに論理レベル1に対応した電圧が印加されると、トランジスタ311及び312の内のトランジスタ312がオン状態となり、トランジスタ312及び可変抵抗315を介してラインL1から電流が引き出される。これにより、ラインL1が放電し、このラインL1上の電圧が時間経過につれて下降する。ここで、入力端子Iに論理レベル0に対応した電圧が印加開始されてから0.5・UIだけ経過するとラインL1上の電圧がインバータ313の閾値電圧を下回る。よって、インバータ313は論理レベル0から論理レベル1に遷移する信号を出力端子Yを介して送出する。この際、遅延調整信号CTに応じて可変抵抗315の抵抗値が増加すると、ラインL1を放電する電流量が低下するので、時間経過に伴うラインL1上の電圧下降率が低下する。よって、その電圧がインバータ313の閾値電圧を下回るまでの時間が長くなり、インバータ313が論理レベル1に対応した電圧をその出力端子Yに送出するタイミングが遅くなる。
上記した構成により、可変遅延回路301は、その入力端子Iに供給された、上記基準クロック信号CLKを図2に示す如く0.5・UIだけ遅延させたものを再生クロック信号CKとして出力端子Yから送出すると共に、これを次段の可変遅延回路301の入力端子Iに供給する。可変遅延回路301は、再生クロック信号CKを図2に示す如く0.5・UIだけ遅延させたものを再生クロック信号CKとして出力端子Yから送出すると共に、これを次段の可変遅延回路301の入力端子Iに供給する。可変遅延回路301は、再生クロック信号CKを図2に示す如く0.5・UIだけ遅延させたものを再生クロック信号CKとして出力端子Yから送出すると共に、これを次段の可変遅延回路301の入力端子Iに供給する。以下、同様に、可変遅延回路301〜301n−1の各々は、前段の可変遅延回路301から供給された再生クロック信号CKを図2に示す如く0.5・UIだけ遅延させたものを再生クロック信号CK〜CKn−1として夫々の出力端子Yから送出すると共に、次段の可変遅延回路301の入力端子Iに供給する。更に、最終段の可変遅延回路301は、前段の可変遅延回路301n−1から供給された再生クロック信号CKn−1を図2に示す如く0.5・UIだけ遅延させたものを再生クロック信号CKとして出力端子Yから送出する。
このように、可変遅延回路301〜301は、上記した位相制御回路33から供給された遅延調整信号CT及びCTに応じて夫々の遅延時間(0.5・UI)を調整する。これにより、可変遅延回路301〜301からなる多相クロック生成部30は、基準クロック信号CLKと再生クロック信号CKとの間の位相差をゼロに収束させるべき位相補正処理を施した再生クロック信号CK〜CKを出力する。
すなわち、多相クロック生成部30、位相比較器31、チャージポンプ32及び位相制御回路33を含むDLL回路3は、基準クロック信号CLKとの位相誤差をゼロに収束させるべき位相補正を施しつつ、図2に示す如く0.5・UI分ずつ順次位相を遅らせた再生クロック信号CK〜CKを生成する。この際、DLL回路3は、再生クロック信号CK〜CKの内のCKを位相比較器31に供給し、CKをクロック生成部2に供給する。更に、DLL回路3は、再生クロック信号CK〜CKの内のCK及びCKをイネーブルクロック選定部4に供給すると共に、再生クロック信号CK〜CKをクロックセレクタ5に供給する。
イネーブルクロック選定部4は、先ず、再生クロック信号CK及びCK同士の位相差を検出し、その位相差に基づいて図2に示す如き単位データ周期UIを検出する。例えば、再生クロック信号CK及びCK同士の位相差は可変遅延回路301の遅延時間である0.5UIに相当するから、イネーブルクロック選定部4は、上記の如く検出した位相差を2倍することにより単位データ周期UIが求まる。次に、イネーブルクロック選定部4は、かかる単位データ周期UIに基づいて、以下の数式を満たすクロック位相係数ZZを選択する。
2.7・UI−WCLK>ZZ・UI>2.3・UI
CLK:CLKX2のパルス幅
尚、クロック位相係数ZZとは、再生クロック信号CK〜CK各々の立ち上がりエッジタイミングを、基準クロック信号CLKの立ち上がりエッジタイミングを基点として相対的に表す為の係数である。例えば、図2において、再生クロック信号CKは基準クロック信号CLKと同一位相であるので、クロック位相係数ZZは0となる。また再生クロック信号CKn−1は基準クロック信号CLKに対して0.5・UIだけ位相が進んでいるので、クロック位相係数ZZは0.5となる。すなわち、再生クロック信号CK〜CKの各々には、夫々に対応したクロック位相係数ZZが予め割り当てられているのである。そこで、イネーブルクロック選定部4は、再生クロック信号CK〜CK各々に割り当てられているクロック位相係数ZZの内から上記数式を満たすものを選択し、この選択したクロック位相係数ZZに対応した1の再生クロック信号CKを、イネーブル信号の立ち上がりエッジ、つまりフロントエッジ生成用のイネーブルクロック信号CK(X)として選定する。そして、イネーブルクロック選定部4は、このイネーブルクロック信号CK(X)を選択させるべきクロック選択信号SCKをクロックセレクタ5に供給する。
クロックセレクタ5は、再生クロック信号CK〜CKの内から、クロック選択信号SCKにて示されるイネーブルクロック信号CK(X)を選択し、このイネーブルクロック信号CK(X)をイネーブル信号生成部6に供給する。更に、クロックセレクタ5は、再生クロック信号CK〜CKの内から、上記の如く選択した再生クロック信号CKよりも1・UI分だけ位相が遅れている再生クロック信号CK(X−2)を選択しこれをイネーブル信号生成部6に供給する。
図7は、イネーブル信号生成部6の内部構成を示す回路図である。
図7に示すように、イネーブル信号生成部6は、可変遅延インバータ61、可変遅延ナンドゲート62、ナンドゲート63、インバータ64及び65からなるRSFFによって構成されている。
可変遅延インバータ61は、クロックセレクタ5から供給されたイネーブルクロック信号CK(X)の論理レベルを反転させた反転セット信号をナンドゲート63の入力端子I1に供給する。尚、可変遅延インバータ61は、イネーブルクロック信号CK(X)が論理レベル0から論理レベル1の状態に遷移した時点から0.5・UIだけ遅らせて、上記した反転セット信号をナンドゲート63に供給する。この際、可変遅延インバータ61での遅延時間は、遅延調整信号(CT、CT)に応じて常に0.5・UIを維持するように調整されている。インバータ64は、クロックセレクタ5から供給された再生クロック信号CK(X−2)の論理レベルを反転させた反転リセット信号を可変遅延ナンドゲート62に供給する。可変遅延ナンドゲート62の入力端子I1にはナンドゲート63の出力端子が接続されており、可変遅延ナンドゲート62の出力端子には、ナンドゲート63の入力端子I2及びインバータ65の入力端子が接続されている。尚、可変遅延ナンドゲート62は、再生クロック信号CK(X−2)が論理レベル0から論理レベル1の状態に遷移した時点から0.5・UIだけ遅らせてその出力結果をナンドゲート63及びインバータ65各々に供給する。この際、可変遅延ナンドゲート61での遅延時間は、遅延調整信号(CT、CT)に応じて常に0.5・UIを維持するように調整されている。インバータ65は、可変遅延ナンドゲート62から送出された信号の論理レベルを反転させた信号をイネーブル信号ENとして出力する。尚、可変遅延ナンドゲート62の内部構成は図4に示すものと同一であり、可変遅延インバータ61の内部構成は、図6に示される構成からインバータ313を省いたものである。
かかる構成により、イネーブル信号生成部6は、図2に示す如く、イネーブルクロック信号CK(X)に応じて論理レベル0から論理レベル1の状態に遷移し、再生クロック信号CK(X−2)に応じて論理レベル1から論理レベル0の状態に遷移するパルス波形を有するイネーブル信号ENを生成する。すなわち、イネーブル信号生成部6は、再生クロック信号CK〜Ckの内の1のイネーブルクロック信号CK(X)に応じて、図2に示す如き基準遷移部TCを含む区間を示すイネーブル信号ENのフロントエッジ部を生成し、再生クロック信号CK(X−2)に応じて、このイネーブル信号ENのリアエッジ部を生成するのである。尚、イネーブル信号生成部6は、上記した可変遅延インバータ61及び可変遅延ナンドゲート62を備えることにより、図2に示すように、イネーブルクロック信号CK(X)又はCK(X−2)のフロントエッジタイミングから、1.0・UIだけ遅延させてイネーブル信号ENを出力する。この際、かかる遅延時間は、遅延調整信号(CT、CT)に応じて常に1.0・UIを維持するように調整される。すなわち、これら可変遅延インバータ61及び可変遅延ナンドゲート62は、イネーブルクロック信号CK(X)を単位データ周期UIだけ遅延させたタイミングで送出する可変遅延送出手段として動作する。イネーブル信号生成部6は、上記の如く生成したイネーブル信号ENをクロック生成部2に供給する。
以下に、図1に示すクロックデータリカバリ回路100による再生クロック信号(CK)の生成動作について説明する。
先ず、遷移検出部1は、受信データ信号DIN中からデータビットの値が遷移するフロントエッジ部及びリアエッジ部を検出し、各エッジ部の検出時点で論理レベル0から論理レベル1の状態に遷移する短パルスの波形を有する、図2に示す如き遷移検出信号CLKX2を生成する。
次に、この遷移検出信号CLKX2中から基準遷移部TCに対応したパルスのみを取り込ませるべき論理レベル1のイネーブル信号ENに応じて、クロック生成部2が、図2に示す如き基準遷移部TCに同期した基準クロック信号CLKを生成する。
そして、DLL回路3により、この基準クロック信号CLKに同期させて0.5・UI分ずつ位相を遅らせた多相の再生クロック信号CK〜CKを生成して出力するのである。
この際、上記したイネーブル信号ENを生成するにあたり、イネーブルクロック選定部4、クロックセレクタ5及びイネーブル信号生成部6からなるイネーブル生成手段は、先ず、再生クロック信号(CK、CK)に基づいて、図2に示す単位データ周期UIを求める。そして、イネーブル生成手段は、単位データ周期UIに基づき、そのフロントエッジ部が図8に示す如き時点t1〜t2までの範囲TW内に現れるイネーブル信号ENを生成する。尚、時点t1とは、0.3・UI分のジッターマージンを付加した状態で、イネーブル信号ENのフロントエッジ部が、遷移検出信号CLKX2中の基準遷移部TCに対応したパルスCPの直前のパルスCPと時間的に重複しない限界の時点である。つまり、時点t1よりも前の時点でイネーブル信号ENのフロントエッジ部が現れると、本来取り込むべきパルスCPの直前のパルスCPを取り込んでしまい、基準クロック信号CLKの精度低下を招くことになる。また、時点t2とは、上記したパルスCPのフロントエッジ部よりも、0.3・UI分のジッターマージンを考慮したセットアップタイムの分だけ時間的に前方の時点である。つまり、時点t2よりも後の時点でイネーブル信号ENのフロントエッジ部が現れると、パルスCPを確実に取り込むことができなくなり、基準クロック信号CLKの精度低下を招くことになる。
そこで、イネーブル生成手段(4〜6)では、上記したイネーブル信号ENを生成すべく、先ず、イネーブルクロック選定部4及びクロックセレクタ5が、再生クロック信号CK〜CKの内の1つをイネーブル信号生成用のイネーブルクロック信号CK(X)として選定する。そして、イネーブル信号生成部6が、イネーブルクロック信号CK(X)に応じてイネーブル信号ENのフロントエッジ部を生成すると共に、再生クロック信号CK(X−2)に応じてイネーブル信号ENのリアエッジ部を生成する。すなわち、選定したイネーブルクロック信号CK(X)に対して、イネーブル信号生成部6による処理遅延時間の経過後にイネーブル信号ENのフロントエッジ部が現れることになる。この際、イネーブル信号生成部6による処理遅延時間は、このイネーブル信号生成部6内に設けられている可変遅延インバータ61及び可変遅延ナンドゲート62により、1.0・UIとなっている。従って、イネーブルクロック選定部4及びクロックセレクタ5は、図8に示す如き、イネーブル信号ENのフロントエッジ部が含まれるべき時点t1〜t2の範囲TWをそのまま1.0・UIだけ時間的に前にシフトした範囲(ZZ・UI)内に、そのフロントエッジ部が含まれることになるイネーブルクロック信号CK(X)を選定するのである。この際、再生クロック信号CK〜CK各々のフロントエッジ部のタイミングは、上述した如く、基準クロック信号CLKのフロントエッジタイミングを基点としたクロック位相係数ZZによって表されている。また、基準クロック信号CLKは、クロック生成部2に形成されている可変遅延ナンドゲート21及び22により、図8に示す如く、遷移検出信号CLKX2中のパルスCPのフロントエッジ部から1.0・UIだけ遅延して出力される。そこで、イネーブルクロック選定部4及びクロックセレクタ5は、図8に示す範囲TW内にそのフロントエッジ部が含まれるイネーブル信号ENを生成させるべく、再生クロック信号CK〜CKの内から、図8に示す如く上記数式を満たす範囲(ZZ・UI)内にそのフロントエッジ部が含まれるイネーブルクロック信号CK(X)を選定するのである。
よって、イネーブル生成手段(4〜6)によれば、単位データ周期UIに追従させて、遷移検出信号CLKX2中から基準遷移部TCに対応したパルスCPだけを確実に取り込めるタイミング(範囲TW内)で、基準遷移部(TC)に対応した区間を示すイネーブル信号のフロントエッジ部が生成される。
従って、高速通信動作に伴い単位データ周期UIが短縮されても、受信データ信号DIN中の基準遷移部TCだけに同期させた精度の高い基準クロック信号CLKが得られ、この基準クロック信号CLKに基づき夫々位相が異なる多相の再生クロック信号(CK〜CK)を再生することが可能となる。
次に、DLL回路3に含まれる擬似ロック回避回路34による擬似ロックの回避動作について説明する。
図9は、擬似ロック回避回路34の内部構成の一例を示す回路図である。
図9に示されるように、擬似ロック回避回路34は、分圧回路341、コンパレータ342及び343、pチャネルMOS型のトランジスタ344、ナンドゲート345及び346、インバータ347を有する。
分圧回路341は、電源電圧VDD及び接地電圧GND間に直列に接続された複数の抵抗により、図10に示す如き、電源電圧VDDより低い上限基準電圧値VHREF、及びこのVHREFよりも更に低い下限基準電圧値VLREFを夫々生成する。
コンパレータ342は、上記した上限基準電圧値VHREFと、チャージポンプ32から送出された位相制御電圧CTRとの大小比較を行う。コンパレータ342は、図10に示すように、位相制御電圧CTRが上限基準電圧値VHREF以下であるときには論理レベル1を示し、位相制御電圧CTRが上限基準電圧値VHREFより大なるときには論理レベル0を示す上限オーバー信号XOVをナンドゲート345の入力端子I1に供給する。
コンパレータ343は、上記した上限基準電圧値VLREFと、チャージポンプ32から送出された位相制御電圧CTRとの大小比較を行う。コンパレータ343は、図10に示すように、位相制御電圧CTRが下限基準電圧値VLREF以上であるときには論理レベル1を示し、位相制御電圧CTRが下限基準電圧値VLREFより小なるときには論理レベル0を示す下限アンダー信号XUDをナンドゲート346の入力端子I2に供給する。
ナンドゲート345の出力端子には、ナンドゲート346の入力端子I1が接続されている。ナンドゲート346の出力端子には、ナンドゲート345の入力端子I2及びインバータ347の入力端子が接続されている。インバータ347は、ナンドゲート346から送出された信号の論理レベルを反転させた信号をプリチャージ制御信号XALKとし、これをプリチャージ用のトランジスタ344のゲート端子に供給する。
すなわち、ナンドゲート345、346及びインバータ347からなるRSFFは、論理レベル0を示す下限アンダー信号XUDに応じてリセット状態となる。つまり、このRSFFは、位相制御電圧CTRが下限基準電圧値VLREF以上にある状態からこのVLREFを下回る状態に遷移したときにリセット状態となり、プリチャージ実行を示す論理レベル0のプリチャージ制御信号XALKをトランジスタ344のゲート端子に供給する。一方、かかるRSFFは、論理レベル0を示す上限オーバー信号XOVに応じてセット状態となる。つまり、このRSFFは、位相制御電圧CTRが上限基準電圧値VHREF以下にある状態からこのVHREFより大なる状態に遷移したときにセット状態となり、プリチャージ停止を示す論理レベル1のプリチャージ制御信号XALKをトランジスタ344のゲート端子に供給する。
トランジスタ344のソース端子には電源電圧VDDが供給されており、そのドレイン端子は、位相制御電圧CTRの供給ラインであるラインLPに接続されている。トランジスタ344は、プリチャージ実行を示す論理レベル0のプリチャージ制御信号XALKが供給された場合にだけオン状態となり、ラインLPを電源電圧VDDによってプリチャージする。
図11は、外来ノイズの影響によってイネーブル信号ENに遅延が生じたが故に、遷移検出信号CLKX2中から基準遷移部TCに対応したパルスCPを取り込めなくなった場合に擬似ロック回避回路34によって実施される擬似ロックの回避動作の一例を示すタイムチャートである。
図11に示すように、基準遷移部TCに対応したパルスCPを取り込めなくなると、クロック生成部2は、クロックパルスを含まない基準クロック信号CLKを送出することになる。この際、かかるパルスCPに同期した新たな再生クロック信号CKの生成は為されなくなるものの、前回、取り込まれた遷移検出信号CLKX2中のパルスCPに同期した再生クロック信号CKが位相比較器31に供給される。よって、位相比較器31は、再生クロック信号CKによるクロックパルスだけが供給されることから、図11に示すように、チャージアップ信号UP及びチャージダウン信号DNの内のDNだけをチャージポンプ32に供給開始する。かかるチャージダウン信号DNに応じて、チャージポンプ32は、図11に示すように、位相制御電圧CTRの電圧値を低下させる。ここで、位相制御電圧CTRの電圧値がVLREFを下回ると、擬似ロック回避回路34のコンパレータ343は、図11に示すように論理レベル0の状態に遷移する下限アンダー信号XUDを生成する。この下限アンダー信号XUDに応じて、擬似ロック回避回路34のRSFF(345〜347)はリセット状態となり、論理レベル0のプリチャージ制御信号XALKをプリチャージ用のトランジスタ344に供給する。よって、この間、トランジスタ344は、ラインLPを電源電圧VDDによってプリチャージする。これにより、位相制御電圧CTRの電圧値が図11に示す如く徐々に増加する。ここで、位相制御電圧CTRの電圧値がVHREFを上回ると、擬似ロック回避回路34のコンパレータ342は、図11に示すように論理レベル0の状態に遷移する上限オーバー信号XOVを生成する。この上限オーバー信号XOVに応じて、擬似ロック回避回路34のRSFF(345〜347)はセット状態となり、論理レベル1のプリチャージ制御信号XALKをプリチャージ用のトランジスタ344に供給する。よって、かかる論理レベル1のプリチャージ制御信号XALKに応じて、トランジスタ344は、ラインLPに対するプリチャージ動作を停止する。
従って、上記した如きラインLPに対するプリチャージ動作により、位相制御電圧CTRの電圧値は、図11に示す如く所定の上限基準電圧値VHREF近傍の比較的、高電圧の状態に維持される。すなわち、外来ノイズの影響により、位相比較器31がチャージダウン信号DNだけを継続してチャージポンプ32に送出する状態、つまりチャージポンプ動作が停止した状態になっても、この際、ラインLPがプリチャージされるので、位相制御電圧CTRの電圧値をVHREF近傍の高電圧値に維持させておくことが可能となる。
これにより、その後、遷移検出信号CLKX2中から基準遷移部TCに対応したパルスCPの取り込みが為されるようになった際には、位相制御電圧CTRが上限基準電圧値VHREF近傍の高電圧値にある状態から、DLL回路3が初期同期を開始することになる。
よって、擬似ロック回避回路34によれば、位相制御電圧CTRが接地電圧GND近傍の低電圧にある状態から、DLL回路3が初期同期を開始した場合に生じてしまう擬似ロックを回避することが可能となる。
尚、外来ノイズが生じていない場合にも、電源投入直後はチャージポンプ32の動作が不安定となるので、供給される電源電圧値又は環境温度によっては擬似ロックが発生する場合がある。
図12は、電源投入直後に生じ得る擬似ロックをも防ぐことが可能な擬似ロック回避回路34の内部構成の他の一例を示す回路図である。
尚、図12に示す構成では、pチャネルMOS型のトランジスタ348、nチャネルMOS型のトランジスタ349及びパワーオンリセット回路350を追加した点を除く他の構成は図9に示すものと同一である。
すなわち、図12に示す構成では、トランジスタ344のドレイン端子がトランジスタ348のソース端子に接続されており、このトランジスタ348のドレイン端子がラインLPに接続されている。また、トランジスタ349のドレイン端子がラインLPに接続されており、そのソース端子には接地電圧GNDが印加されている。パワーオンリセット回路350は、電源投入に応じて図13に示す如き期間TQの間だけ高レベルとなるワンパルスのパワーオンリセット信号PORを生成し、これをトランジスタ348及び349各々のゲート端子に供給する。
図13は、かかる擬似ロック回避回路34において、電源投入直後に実施される擬似ロックの回避動作の一例を示すタイムチャートである。
先ず、クロックデータリカバリ回路100の電源が投入が開始されると、電源電圧VDDの電圧値が時間経過に伴い徐々に増加し、時点t1で所望のピーク電圧値に到る。かかる電源電圧VDDの電圧値の推移に追従して、パワーオンリセット信号POR、上限基準電圧値VHREF及び下限基準電圧値VLREFも図13に示すように徐々に増加し、時点t1において夫々のピーク電圧値に到り、その状態を維持する。ここで、パワーオンリセット信号PORに関しては、時点t1から期間TQ経過した時点でその電圧値が接地電圧GND(0ボルト)のレベルに遷移する。尚、パワーオンリセット信号PORが高電圧値の状態にある間は、トランジスタ348がオフ状態、トランジスタ349がオン状態となっている。これにより、ラインLPに接地電圧GNDが印加された状態、つまり放電状態となり、それ故、チャージチャージポンプ32の出力値である位相制御電圧CTRの電圧値は、接地電圧GND(0ボルト)の状態を維持する。尚、この間、トランジスタ348がオフ状態となっているので、トランジスタ344、348及び349なる電流路に流れる貫通電流が阻止される。
その後、パワーオンリセット信号PORの電圧値が0ボルトに遷移すると、トランジスタ349がオフ状態、トランジスタ348がオン状態となるので、ラインLPに対するプリチャージが開始される。これにより、位相制御電圧CTRの電圧値が図13に示す如く徐々に増加する。そして、位相制御電圧CTRの電圧値が上限基準電圧値VHREFを超えるとコンパレータ342が論理レベル0を示す上限オーバー信号XOVを送出する。これに応じて、RSFF(345〜347)はセット状態となり、論理レベル1のプリチャージ制御信号XALKをプリチャージ用のトランジスタ344に供給する。かかる論理レベル1のプリチャージ制御信号XALKに応じて、トランジスタ344は、ラインLPに対するプリチャージ動作を停止する。従って、その後、DLL回路3が初期同期を実行する場合には、位相制御電圧CTRが電源電圧VDDを有する状態からその初期同期が開始されるので、擬似ロックが発生することはない。
このように、図12に示す構成では、電源投入時にチャージポンプ32からラインLP上に送出される位相制御電圧CTRが不定にならないように、電源投入直後の期間TQに亘り一端、ラインLPを放電状態(トランジスタ349をオン状態)に設定してから、ラインLPをプリチャージするようにしている。
よって、かかる構成によれば、電源投入直後は不安定となるチャージポンプ32の出力電圧値(CTR)を、電源電圧VDD近傍の高電圧値に維持させることが可能となるので、その電源投入後に最初に実施されるDLL回路3の初期同期では擬似ロックが回避される。
尚、図1に示されるクロックデータリカバリ回路100では、同期化回路としてDLL回路(3)を用いているが、DLL回路に代えてPLL回路(phase locked loop)回路を採用した場合にも同様に、図9又は図13に示す擬似ロック回避回路34によって、上記した擬似ロックの回避を行うことが可能である。
要するに、本発明に係るクロックデータリカバリ回路(100)は、入力データ信号(DIN)中に所定周期(P)毎に現れるデータ遷移点(TC)に同期した基準クロック信号(CLK)をクロック生成手段(1、2)によって生成する。そして、本発明に係る同期化回路(3)により、かかる基準クロック信号に同期した再生クロック信号(CK)を生成する。この際、同期化回路は、上記した基準クロック信号と再生クロック信号との間の位相差に対応した電圧値を有する位相制御電圧(CTR)を生成しこれを第1ライン(LP)上に送出するチャージポンプ(32)と、かかる位相制御電圧に応じて基準クロック信号の位相を制御する位相制御回路(33)と、以下の如き擬似ロック回避回路(34)を含む。擬似ロック回避回路は、位相制御電圧(CTR)が下限基準電圧(VLREF)を下回ったときに第1ライン(LP)に対するプリチャージを開始し、この位相制御電圧が上限基準電圧(VHREF)を上回るまで第1ラインに対するプリチャージ動作を継続することにより、位相制御電圧の電圧値を高電圧の状態に維持させる。
これにより、例え外来ノイズの影響によってチャージポンプ動作が実質的に停止した状態になっても、この際、第1ラインが強制的にプリチャージされるので、位相制御電圧の電圧を高電圧値に維持させておくことが可能となる。よって、その後、同期化回路によって初期同期を開始する際には、位相制御電圧(CTR)が上限基準電圧(VHREF)近傍の高電圧値にある状態から、この同期化回路(3)が初期同期を開始することになる。従って、擬似ロック回避回路(34)によれば、位相制御電圧が接地電圧近傍の低電圧にある状態から、が初期同期を開始した場合に生じてしまう擬似ロックを回避することが可能となるのである。
1 遷移検出部
2 クロック生成部
3 DLL回路
31 位相比較器
32 チャージポンプ
33 位相制御回路
34 擬似ロック回避回路
342、343 コンパレータ
344 トランジスタ

Claims (6)

  1. 基準クロック信号に同期した再生クロック信号を生成する同期化回路であって、
    前記基準クロック信号と前記再生クロック信号との間の位相差に対応した電圧値を有する位相制御電圧を生成しこれを第1ライン上に送出するチャージポンプと、
    前記位相制御電圧に応じて前記再生クロック信号の位相を制御する位相制御回路と、
    前記位相制御電圧が下限基準電圧を下回ったときに前記第1ラインに対するプリチャージを開始し、前記位相制御電圧が上限基準電圧を上回るまで前記第1ラインに対するプリチャージ動作を継続する擬似ロック回避回路と、を有することを特徴とする同期化回路。
  2. 前記擬似ロック回避回路は、前記位相制御電圧と前記下限基準電圧との大小比較を行い、前記位相制御電圧が前記下限基準電圧よりも小である時に下限アンダー信号を生成する第1コンパレータと、
    前記位相制御電圧と前記上限基準電圧との大小比較を行い、前記位相制御電圧が前記上限基準電圧よりも大である時に上限オーバー信号を生成する第2コンパレータと、
    前記下限アンダー信号に応じて電源電圧を前記第1ラインに印加することにより前記第1ラインに対するプリチャージを行う一方、前記上限オーバー信号に応じて前記第1ラインへの前記電源電圧の印加を停止することによりプリチャージを停止させるプリチャージトランジスタと、を含むことを特徴とする請求項1記載の同期化回路。
  3. 電源投入に応じてワンパルスのパワーオンリセット信号を生成するパワーオンリセット回路と、
    前記パワーオンリセット信号に応じて所定期間に亘り前記第1ラインを放電させるディスチャージトランジスタと、を更に含むことを特徴とする請求項1又は2記載の同期化回路。
  4. 入力データ信号中に所定周期毎に現れるデータ遷移点に同期した基準クロック信号を生成するクロック生成手段と、前記基準クロック信号に同期した再生クロック信号を生成する同期化手段と、を含むクロックデータリカバリ回路であって、
    前記同期化手段は、
    前記基準クロック信号と前記再生クロック信号との間の位相差に対応した電圧値を有する位相制御電圧を生成しこれを第1ライン上に送出するチャージポンプと、
    前記位相制御電圧に応じて前記基準クロック信号の位相を制御する位相制御回路と、
    前記位相制御電圧が下限基準電圧を下回ったときに前記第1ラインに対するプリチャージを開始し、前記位相制御電圧が上限基準電圧を上回るまで前記第1ラインに対するプリチャージ動作を継続する擬似ロック回避回路と、を有することを特徴とするクロックデータリカバリ回路。
  5. 前記擬似ロック回避回路は、前記位相制御電圧と前記下限基準電圧との大小比較を行い、前記位相制御電圧が前記下限基準電圧よりも小である時に下限アンダー信号を生成する第1コンパレータと、
    前記位相制御電圧と前記上限基準電圧との大小比較を行い、前記位相制御電圧が前記上限基準電圧よりも大である時に上限オーバー信号を生成する第2コンパレータと、
    前記下限アンダー信号に応じて電源電圧を前記第1ラインに印加することにより前記第1ラインに対するプリチャージを行う一方、前記上限オーバー信号に応じて前記第1ラインへの前記電源電圧の印加を停止することによりプリチャージを停止させるプリチャージトランジスタと、を含むことを特徴とする請求項4記載のクロックデータリカバリ回路。
  6. 電源投入に応じてワンパルスのパワーオンリセット信号を生成するパワーオンリセット回路と、
    前記パワーオンリセット信号に応じて所定期間に亘り前記第1ラインを放電させるディスチャージトランジスタと、を更に含むことを特徴とする請求項4又は5記載のクロックデータリカバリ回路。
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