JP4220320B2 - 半導体集積回路装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、データやクロックなどの位相制御技術に関し、特に、ビット同期回路におけるエラー率の低減に適用して有効な技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
ASIC(Application Specific Integrated Circuit)などのカスタムICには、たとえば、ユーザの様々な使用条件に対応するビット同期回路などが設けられている。
【0003】
このビット同期回路は、非同期で入力されたデータを多相出力PLL(Phase Locked Loop)から出力された、データエッジから半周期遅いクロックを用いて該データを取り込み、受信側のクロックに同期化する回路である。
【0004】
また、ビット同期回路におけるデータ取り込みエラーを防止する技術としては、位相比較出力の時系列の多数決によって異なる位相クロックで識別されたデータの中から入力データの互いに隣接するレベル遷移タイミングの中央部にレベル遷移タイミングを有するクロックを決定するものがある(たとえば、特許文献1参照)。
【0005】
さらに、DLL(Delay Locked Loop)回路におけるジッタの低減技術としては、位相比較結果の多数決を取り、位相比較回路による遅延クロックと基準クロックとの複数回の位相比較結果に基づいて、可変遅延回路の遅延時間を調整し、遅延クロック信号と基準クロック信号との位相を一致させるものがある(たとえば、特許文献2参照)。
【0006】
【特許文献1】
特開2001−186111号公報
【0007】
【特許文献2】
米国特許出願公開第2001/28266号明細書
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記のようなビット同期回路によるデータ取り込み技術では、次のような問題点があることが本発明者により見い出された。
【0009】
図24は、本発明者が検討したビット同期回路50のブロック図である。
【0010】
ビット同期回路50は、たとえば、フリップフロップ51、位相比較器52、ポインタ53、セレクタ54、および多相出力PLL55から構成されている。
【0011】
フリップフロップ51は、入力データを取り込む。位相比較器52は、入力されたデータと該入力データを取り込むクロックより半周期早いクロック相との間で位相比較を行い、その比較結果に基づいてUP(アップ)またはDN(ダウン)信号を出力する。
【0012】
ポインタ53は、UPまたはDOWN信号を受けてセレクタ54を制御する。セレクタ54は、ポインタ53の制御に基づいて、多相出力PLL55から出力されるクロック相を切り替えてフリップフロップ51に供給する。
【0013】
このようなクロック相を選択するビット同期回路50では、位相比較を行った後、その結果に基づいてポインタ53、およびセレクタ54を動作させて、フリップフロップ51に供給するクロックの相が切り替わるまでのレイテンシが大きくなってしまう。
【0014】
そのため、位相比較器が位相比較する毎にUPまたはDOWN信号をポインタに出力すると、図25に示すように、入力データに大きなジッタがあった際、データ取り込みクロックも、ある遅延時間後に該ジッタに追従して切り替わることになる。
【0015】
よって、データエッジが元の位置に戻っても上記遅延時間の間はクロック相とは異なる遅れたクロック相によってデータを取り込むことになってしまい、最悪の場合には、データを正しく取り込めずにデータ取り込みのエラー率が大きくなってしまうという問題がある。
【0016】
また、特許文献1に記載されるビット同期回路では、位相比較回路3の結果の出力を時系列に3ビットの多数決を行うことで、ジッタあるいはSNRの劣化などによる同期誤りを防止している。しかしながら、BSENを入力した時にデータとクロックの位相合せを行っているため、ジッタなどの入力サイクルタイム内に含まれる比較的早く変動するノイズに対して同期誤りを防止することが可能であるが、ワンダと呼ばれるような入力データのサイクルタイム以上にゆっくり発生する変動が入力データに含まれるような状況は考慮されておらず、最悪の場合取り込みエラーが発生する恐れがあることに本発明者は気が付いた。
【0017】
また、特許文献2の図4に記載される多数決回路を用いた遅延制御回路34は、位相比較回路20から進み信号FW、遅れ信号BW、一致信号LONの3値が入力され、その多数決をとることにより位相合せをしている。しかしながら、位相比較回路20から3値入力されているため、夫々に対応したカウンタを有する必要があり、回路規模、消費電力が大きくなってしまうことに本発明者は気が付いた。
【0018】
さらに、多数決回路を用いて位相合せを行った場合、多数決回路における多数決回数が小さいと同期動作を開始してから実際に同期するまでの時間は短くなるがジッタ耐性が低くなってしまい、逆に多数決回数を大きくするとジッタ耐性は高くなるが同期動作を開始してから実際に同期するまでの時間が長くなってしまうというトレードオフの関係にあることに本発明者は気が付いた。
【0019】
本発明の目的は、入力データに含まれるジッタへの過剰追従を防止することにより、ビット同期回路におけるエラー率を大幅に低減することのできる半導体集積回路装置を提供することにある。
【0020】
また、本発明の他の目的は、参照クロックやデータに含まれるジッタへの過剰追従を防止することにより、PLL回路、およびDLL回路における出力クロックやデータの位相変動量を大幅に低減することのできる半導体集積回路装置を提供することにある。
【0021】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【0022】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
【0023】
すなわち、本発明の半導体集積回路装置は、入力データとクロックとの位相比較を行い、その位相差に応じて第1、または第2の制御電圧を出力する位相比較器と、該位相比較器から出力された第1、および第2の制御電圧を一定期間それぞれカウントし、第1の制御電圧が第2の制御電圧よりも多ければアップ信号を、第2の制御電圧が第1の制御電圧よりも多ければダウン信号を、第1の制御電圧と第2の制御電圧とのカウント数が同じであればフィックス信号を出力する多数決回路とを有した位相比較回路を備え、多数決回路は、期間設定信号に基づいて、位相比較器から出力された第1、および第2の制御電圧をカウントする期間を任意に可変するものである。
【0024】
また、本願のその他の発明の概要を簡単に示す。
【0025】
本発明の半導体集積回路装置は、入力データとクロックとの位相比較を行い、その位相差に応じて第1、または第2の制御電圧を出力する位相比較器と、該位相比較器から出力された第1、および第2の制御電圧を一定期間それぞれカウントし、第1の制御電圧が第2の制御電圧よりも多ければアップ信号を、第2の制御電圧が第1の制御電圧よりも多ければダウン信号を、第1の制御電圧と第2の制御電圧とのカウント数が同じであればフィックス信号を出力する多数決回路と、多数決回数設定データを格納する多数決回数設定レジスタとを有した位相比較回路を備え、多数決回路は、多数決回数設定レジスタに保持された多数決回数設定データに基づいて、位相比較器から出力された第1、および第2の制御電圧のカウント数が設定されるものである。
【0026】
また、本発明の半導体集積回路装置は、入力データとクロックとの位相比較を行い、その位相差に応じて第1、または第2の制御電圧を出力する位相比較器と、該位相比較器から出力された第1、および第2の制御電圧を一定期間それぞれカウントし、第1の制御電圧が第2の制御電圧よりも多ければアップ信号を、第2の制御電圧が第1の制御電圧よりも多ければダウン信号を、第1の制御電圧と第2の制御電圧とのカウント数が同じであればフィックス信号を出力する多数決回路とを有した位相比較回路を備えたものである。
【0027】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【0028】
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1によるビット同期回路のブロック図、図2は、図1のビット同期回路に設けられた位相比較回路のブロック図、図3は、多相クロックを利用した位相比較器の回路構成の一例を示す図、図4は、図3の位相比較器における信号タイミングチャート、図5は、多相クロックを使用しないで構成した多相クロックを利用した位相比較器の回路構成の他の例を示す図、図6は、図5の位相比較器における各部の信号タイミングチャート、図7は、図2の位相比較回路に設けられた多数決回路の回路図、図8は、図7の多数決回路に設けられたUP0カウンタの回路図、図9は、図7の多数決回路に設けられたカウンタ等ディレイ回路の回路図、図10は、図7の多数決回路に設けられた大小判定回路の回路図、図11は、図2の位相比較回路における各部の信号タイミングを示すタイミングチャート、図12は、図7の多数決回路における多数決判定周期の設定方法の説明図、図13は、図7の多数決回路における他の構成例を示す回路図、図14は、図7の多数決回路をアップダウンカウンタを用いて構成した際の一例を示すブロック図、図15は、本発明の実施の形態1による高速光伝送システムの概略構成を示すブロック図、図16は、図15の高速光伝送システムに設けられた処理用LSIの説明図、図17は、図16の処理用LSIにおける受信データ処理の説明図、図18は、図15の処理用LSIに複数個のビット同期回路を搭載した際の構成例を示す回路図である。
【0029】
本実施の形態1において、ビット同期回路1は、図1に示すように、フリップフロップ2、位相比較回路3、ポインタ4、セレクタ5、および多相出力PLL6から構成されている。
【0030】
フリップフロップ2は、セレクタ5から出力されたクロックφn+πに基づいて入力データを取り込む。位相比較回路3は、入力データとセレクタ5から出力されたクロックφn+πとの位相比較を行い、その比較結果に基づいてUP信号(アップ信号)、FIX(固定)信号(フィックス信号)、またはDN信号(ダウン信号)のいずれかの制御信号、ならびに分周クロックをそれぞれ出力する。
【0031】
ポインタ4は、UP、FIX、またはDN信号を受けてセレクタ5を制御する。セレクタ5は、ポインタの制御に基づいて、多相出力PLL6から出力されるクロック相を切り替えてフリップフロップ2に供給する。多相出力PLL6は、複数のクロックを生成して出力する。
【0032】
図2は、位相比較回路3の構成を示すブロック図である。
【0033】
位相比較回路3は、位相比較器3a、および多数決回路3bから構成されている。位相比較器3aの入力部には、入力データ、およびセレクタ5から出力されるクロックφnとの位相比較を行い、その比較結果に基づいてUP0信号(第1の制御電圧)またはDN0信号(第2の制御電圧)を出力する。クロックφnは、クロックφn+πよりも半周期早いクロック信号である。
【0034】
多数決回路3bには、位相比較器3aから出力されたUP0またはDN0信号が入力されるように接続されている。この多数決回路3bは、位相比較器3aよりも長い入力クロックφn周期の整数倍の間でUP0/DN0信号の数をカウントし、カウントした結果、UP0信号が多ければUP信号を、DN0信号が多ければDN信号を、また、UP0信号とDN0信号との数が同じであればFIX信号を出力する。
【0035】
図3は、多相クロックを利用した位相比較器3aの回路構成の一例を示す図である。
【0036】
位相比較器3aは、フリップフロップ12’〜16’、および排他的論理和回路17’,18’から構成されている。フリップフロップ12’,13’,14’の入力端子には、それぞれ入力データが入力されるように接続されている。
【0037】
フリップフロップ13’,15’,16’のクロック端子には、クロックφnが入力されるように接続されている。また、フリップフロップ12’のクロック端子には、クロックφnより半周期位相がずれたクロックφn−πが、フリップフロップ14’のクロック端子には、クロックφnより半周期位相がずれたφn+πが入力される。
【0038】
フリップフロップ12’の出力端子には、排他的論理和回路17’の一方の入力部が接続され、フリップフロップ13’の出力端子には、排他的論理和回路17’の他方の入力部、および排他的論理和回路18’の一方の入力部がそれぞれ接続され、フリップフロップ14’の出力端子には、排他的論理和回路18’の他方の入力部が接続されている。
【0039】
排他的論理和回路17’の出力部には、フリップフロップ15’の入力端子が接続されており、排他的論理和回路18’の出力部には、フリップフロップ16’の入力端子が接続されている。
【0040】
そして、フリップフロップ15’の出力端子から出力される信号がDN0信号、フリップフロップ16’の出力端子の出力端子から出力される信号がUP0信号としてそれぞれ出力される。
【0041】
位相比較器3aは、図4に示すように、入力データとをクロックφn、半周期位相がずれたクロックφn−π,φn+πでフリップフロップ12’〜14’に取り込み、これらフリップフロップ12’〜14’の出力の排他的論理和を取る。
【0042】
クロック相が遅れている場合には、排他的論理和回路17’の出力がHi信号となってUP0信号を出力する。クロック相が進んでいる場合には、排他的論理和回路18’の出力がHi信号となってDN0信号を出力する。
【0043】
図5は、多相クロックを使用しないで構成した位相比較器3aの回路構成の他の例を示す図である。
【0044】
位相比較器3aは、遅延回路8〜11、フリップフロップ12〜16、および排他的論理和回路17,18から構成されている。遅延回路8〜11は、たとえば、インバータなどからなる。
【0045】
フリップフロップ12の入力端子、および遅延回路8の入力部には、入力データがそれぞれ入力されるように接続されている。遅延回路8の出力部には、遅延回路9の入力部が接続されており、該遅延回路9の出力部には、フリップフロップ13の入力端子、および遅延回路10の入力部がそれぞれ接続されている。遅延回路8,9は、入力データを半周期分遅延させる。
【0046】
遅延回路10の出力部には、遅延回路11の入力部が接続されており、該遅延回路11の出力部には、フリップフロップ14の入力端子が接続されている。遅延回路10,11は、遅延回路9から出力された入力データを半周期分遅延させる。
【0047】
フリップフロップ12〜14,15,16のクロック端子には、クロックφnが入力されるように接続されている。フリップフロップ12の出力端子には、排他的論理和回路17の一方の入力部が接続され、フリップフロップ13の出力端子には、排他的論理和回路17の他方の入力部、および排他的論理和回路18の一方の入力部がそれぞれ接続されている。
【0048】
排他的論理和回路17の出力部には、フリップフロップ15の入力端子が接続されており、排他的論理和回路18の出力部には、フリップフロップ16の入力端子が接続されている。
【0049】
そして、フリップフロップ15の出力端子から出力される信号がUP0信号、フリップフロップ16の出力端子の出力端子から出力される信号がDN0信号としてそれぞれ出力される。
【0050】
位相比較器3aは、図6に示すように、入力データと、該入力データの半周期、および1周期それぞれ遅らせたデータとをクロックφnでフリップフロップ12〜14に取り込み、これらフリップフロップ12〜14の出力の排他的論理和を取る。
【0051】
クロック相が遅れている場合には、排他的論理和回路17の出力がHi信号となってUP0信号を出力する。クロック相が進んでいる場合には、排他的論理和回路18の出力がHi信号となってDN0信号を出力する。
【0052】
また、図3、図5に示した位相比較器3aの回路構成は一例を示したものであり、この回路構成に限定されるものではない。
【0053】
図7は、多数決回路3bの回路構成を示した図である。
【0054】
多数決回路3bは、バッファ19、論理積回路20〜22、カウンタ等ディレイ回路23、UP0カウンタ(第1のカウンタ)24、UP0カウンタデータ保持レジスタ(第1のデータ保持レジスタ)25、DN0カウンタ(第2のカウンタ)26、DN0カウントデータ保持レジスタ(第2のデータ保持レジスタ)27、大小判定回路28、および多数決回数制御回路29から構成されている。
【0055】
この多数決回路3bは、UP0/DN0信号とクロックφnとを入力し、UP0信号がHi信号ならばパルスUP0Iを生成し、DN0信号がHi信号ならばパルスDN0Iを生成する。
【0056】
バッファ19の入力部には、クロックφnが入力されるように接続されている。バッファ19の出力部には、論理積回路20〜22の他方の入力部がそれぞれ接続されており、該バッファ19からは、クロックCLKIが出力される。
【0057】
論理積回路20の一方の入力部には、位相比較器3aから出力されるUP0信号が入力されるように接続されており、論理積回路21の一方の入力部には、位相比較器3aから出力されるDN0信号が入力されるように接続されている。論理積回路22の一方の入力部には、電源電圧が接続されている。
【0058】
論理積回路20,21の出力部には、UP0カウンタ24、およびDN0カウンタ26がそれぞれ接続されている。これら論理積回路20,21はクロックφnに同期してパルスUP0I,DN0Iをそれぞれ生成する。
【0059】
UP0カウンタ24には、UP0カウンタデータ保持レジスタ25が接続されており、DN0カウンタ26には、DN0カウンタデータ保持レジスタ27が接続されている。
【0060】
これらUP0カウンタデータ保持レジスタ25、DN0カウンタデータ保持レジスタ27には、カウンタ等ディレイ回路23が接続されている。UP0カウンタ24、DN0カウンタ26、およびカウンタ等ディレイ回路23には、多数決回数制御回路29が接続されている。
【0061】
論理積回路22の出力部には、多数決回数制御回路29が接続されており、該多数決回数制御回路29には、外部から多数決回路設定信号が入力されるように接続されている。
【0062】
この多数決回路設定信号による多数決回数は、たとえば、32ビット〜256ビット程度であり、多数決回数とは、UP0カウンタ24、およびDN0カウンタ26にそれぞれカウントされるカウント数である。
【0063】
UP0カウンタ24、およびDN0カウンタ26は、パルスUP0IとパルスDN0Iとをそれぞれカウントする。これらUP0カウンタ24、およびDN0カウンタ26は、カウント回数が多くても高速で動作し、かつ消費電力を小さくするために、ここでは非同期式カウンタを用いるものとするが、カウンタ数が小さい場合には同期カウンタを用いるようにしてもよい。
【0064】
多数決回数制御回路29は、多数決回路設定信号に応じて、カウンタ等ディレイ回路23に供給するクロックの生成、UP0カウンタ24、DN0カウンタ26のリセット制御、ポインタ4(図1)で用いるカウント回数に応じた分周クロックの生成などを行う。
【0065】
ここで、UP0カウンタ24、DN0カウンタ26に非同期カウンタを用いた場合、同じ位相のクロックでUP0/DN0信号のカウントデータのLSB(Least Significant Bit:最下位ビット)〜MSB(Most Significant Bit:最上位ビット)までのすべてのデータを取り込むことができないため、UP0カウンタ24、DN0カウンタ26とディレイが等しいカウンタ等ディレイ回路23でクロック相のディレイ調整を行う。また、同期カウンタの場合、カウンタ等ディレイ回路23は不要となる。
【0066】
大小判定回路28は、UP0カウントデータ保持レジスタ25、およびDN0カウントデータ保持レジスタ27により保持されたデータの大小を判定する。
【0067】
そして、大小判定回路28は、UP0カウントデータ保持レジスタ25のカウント数が大きい場合にはUP信号を、DN0カウントデータ保持レジスタ27のカウント数が大きい場合にはDN信号を、UP0カウントデータ保持レジスタ25のカウント数とDN0カウントデータ保持レジスタ27のカウント数とが同じ場合にはFIX信号を出力する。
【0068】
図8は、UP0カウンタ24の回路構成の一例を示した図である。この図8では、UP0カウンタ24について示すが、DN0カウンタ26においても同様の回路構成となる。
【0069】
UP0カウンタ24は、フリップフロップ24a、否定論理積回路24b、インバータ24c,24dからなる複数のカウンタ回路とインバータ24e,24fから構成されている。
【0070】
フリップフロップ24aのクロック端子には、パルスUP0Iが入力されるように接続されており、該フリップフロップ24aの入力端子には、否定論理積回路24bの出力部が接続されている。
【0071】
フリップフロップ24aの出力端子には、否定論理積回路24bの他方の入力部、およびインバータ24cの入力部がそれぞれ接続されている。インバータ24cの出力部には、インバータ24dの入力部が接続されており、該インバータ24cの出力部から出力される信号がUP0カウントデータ保持レジスタ25に出力される。
【0072】
フリップフロップ24aのセット端子、ならびに否定論理積回路24bの一方の入力部には、多数決回数制御回路29(図7)から出力されるリセット信号が入力されるように接続されている。
【0073】
上記した構成は、初段のカウンタ回路の構成であるが、その他のカウンタ回路も同様の構成となっており、これらカウンタ回路が直列接続されている。また、インバータ24eの入力部には、多数決回数制御回路29(図7)から出力されるリセット信号が入力されるように接続されており、インバータ24eの出力部にはインバータ24fの入力部が接続されている。このインバータ24fの出力部には、初段以外のカウンタ回路に設けられたフリップフロップ24aのセット端子が接続されている。
【0074】
図示するように、UP0カウンタ24の構成を非同期カウンタとすることにより、消費電力を増大させることなく、カウント数を2n回まで容易に拡張することができる。ただし、非同期式カウンタが必須というわけではなく、動作周波数に問題がなければ同期カウンタであってもよい。
【0075】
図9は、カウンタ等ディレイ回路23の回路構成の一例を示した図である。
【0076】
カウンタ等ディレイ回路23は、フリップフロップ231 、インバータ232 からなる複数のディレイ部とインバータ233 から構成されており、これら複数のディレイ部が直列接続された構成となっている。また、フリップフロップ231 のセット端子には、多数決回数制御回路29(図7)から出力されるリセット信号がインバータ233 を介して入力されるように接続されている。
【0077】
UP0カウンタ24、DN0カウンタ26に非同期カウンタを用いた場合、LSBとMSBとの間では、図8に示すフリップフロップ+インバータのディレイに段数を掛けた分のディレイ差が生じるため、位相が同じくロックでLSBからMSBまで一度に、該UP0カウンタ24、および該DN0カウンタ26のデータを取り込むことができない。
【0078】
そのために、カウンタ等ディレイ回路23は、UP0カウンタ24、およびDN0カウンタ26のディレイ時間と同じ程度のディレイが付加されたクロック信号を生成し、UP0カウントデータ保持レジスタ25、DN0カウントデータ保持レジスタ27にそれぞれ供給する。
【0079】
図10は、大小判定回路28の回路構成の一例を示す図である。
【0080】
大小判定回路28は、否定的排他的論理和回路281 、インバータ282 、否定的論理積回路283 、論理積回路284 、否定的論理和回路285 、および論理和回路286 から構成されている。
【0081】
大小判定回路28は、MSBから順番にUP0/DN0信号を比較し、どちらか一方がHi信号であるかを判定する。たとえば、MSBにおいて、UP0信号がHi信号、DN0信号がLo信号の場合には、UP0信号が多いと判断し、Hi信号のUP信号が出力される。また、MSBからLSBまでの比較結果がすべて同じ場合には、UP0/DN0信号のカウント数が同じと判断し、FIX信号を出力する。
【0082】
次に、本実施の形態のビット同期回路1に設けられた位相比較回路3の動作について、図11のタイミングチャートを用いて説明する。
【0083】
図11においては、上方から下方にかけて、入力データ、クロックφn、多数決回路3bに入力されるUP0/DN0信号、UP0カウンタ24から出力されるカウントデータUP1/2〜UP1/16、カウンタ等ディレイ回路23から出力されるディレイ信号DELAY1/2〜DELAY1/16、および多数決回路3bから出力されるUP信号、FIX信号、DN信号の信号タイミングをそれぞれ示している。
【0084】
また、図11では、図を簡略化するために入力データに対してデータ取り込みのクロックφnが遅れており、カウント回数(多数決回数)が8回(8ビット)で多数決を取るものとする。
【0085】
まず、位相比較器3aからは、クロックφnが遅れているためにHi信号のUP0信号が出力される。
【0086】
多数決回路3bにおいては、パルスUP0Iが生成され、UP0カウンタ24によってパルス数がカウントされる。多数決回数制御回路29は、論理積回路22を介して入力されたパルスを8回カウントした後、カウントデータを取り込むクロックを生成し、カウンタ等ディレイ回路23に出力する。
【0087】
カウンタ等ディレイ回路23は、タイミング少しずつ遅らせたディレイ信号DELAY1/2〜DELAY1/16を生成する。UP0カウンタ24、DN0カウンタ26は、ディレイ信号DELAY1/2〜DELAY1/16を用いてUP0/DN0信号のカウントデータUP1/2〜UP1/16を取り込む。
【0088】
その後、大小判定回路28は、取り込んだカウントデータの大小比較を行う。図11では、UP0信号が8回、DN0信号が0回なので、Hi信号のUP信号が大小判定回路28から出力される。
【0089】
入力データに対してクロックφnが進んでいる場合には、DN0信号が生成され、UP0信号の場合と同様に動作する。入力データとクロックφnとの位相がほぼ合っている場合には、UP0/DN0信号がほぼ半々生成され、UP0/DN0信号のカウント数が同じであれば、FIX信号が出力されることになる。
【0090】
図12は、多数決回路3bにおける多数決判定周期の設定方法の説明図である。
【0091】
図12において、多相出力PLL6(図1)から出力される多相クロックをセレクタ5(図1)により切り替える間隔をTとすると、多数決間隔TaはUP0カウンタ24、DN0カウンタ26の切り替え時間が必要となることから、Ta<Tとなる。
【0092】
そのため、クロック相切り替え間隔Tのうち、どの比較結果の多数決を取るかは多数決回数制御回路29によって調整可能である。ただし、原理的にTa=Tにはできないので、Ta=Tとする場合、多数決回路3bは、図13に示すように、2つのUP0カウンタ24,241 、および2つのDN0カウンタ26,261 を設けた構成とする。
【0093】
この場合、UP0信号をUP0カウンタ24、UP0カウンタ(第1のカウンタ)241 で、DN0信号をDN0カウンタ26、DN0カウンタ(第2のカウンタ)261 によって交互にそれぞれカウントすれば、Ta=Tとすることができる。
【0094】
図14は、アップダウンカウンタを用いて多数決回路3b1 を構成した際の一例を示す図である。
【0095】
この場合、多数決回路3b1 は、アップダウンカウンタ30、ならびに分周回路(分周制御回路)31から構成されている。アップダウンカウンタ30には、UP0/DN0信号、およびクロックφnがそれぞれ入力されるように接続されている。
【0096】
また、アップダウンカウンタ30には、分周回路31が接続されており、該分周回路31には、多数決回路設定信号が入力されるように接続されている。
【0097】
アップダウンカウンタ30は、UP0信号が入力されるとUP側にシフトし、DN0信号が入力された際にはDN側にシフトする。多数決回数は、分周回路31により制御され、多数決回路設定信号により設定回数に応じた周期で、その時点におけるアップダウンカウンタ30のポインタ位置を判定し、UP側であればUP信号、DN側であればDN信号、中央にあればFIX信号を出力する。分周回路31で分周されたクロックはポインタ4(図1)に出力される。
【0098】
図15は、電子システムの1つである高速光伝送システムSTMの概略構成を示す図であり、図16は、処理用LSI(半導体集積回路装置)32の概略説明図である。
【0099】
高速光伝送システムSTMは、信号処理用LSI32、および光モジュール32aから構成されている。処理用LSI32の受信側にビット同期回路1が内蔵されている。
【0100】
処理用LSI32は、ビット同期回路1、シリアル/パラレル変換回路321 、PLL322 、パラレル/シリアル変換回路323 、I/O回路324 、ならびに論理部325 などから構成されている。
【0101】
ビット同期回路1は、シリアルデータが入力される外部端子毎に複数個設けられており、シリアル/パラレル変換回路321 も該ビット同期回路にそれぞれ対応して複数個設けられている。
【0102】
図17は、処理用LSI32における受信データ処理の概念図である。
【0103】
外部端子から入力された高速シリアルデータは、I/O回路324 を介してビット同期回路1に入力され、該ビット同期回路1において受信データと半導体集積回路装置32の内部クロックとの同期化が行われる。
【0104】
同期化されたクロックとデータとは、シリアル/パラレル変換回路321 によって1:nにパラレル変換された後、論理部325 に出力される。
【0105】
図18は、複数個のビット同期回路1を処理用LSI32に搭載した際の回路構成例を示す回路図である。
【0106】
このように、ビット同期回路1が複数個設けられる場合には、各ビット同期回路1に多相出力PLL6を設けるのではなく、各セレクタ5に共通接続される1つの多相出力PLL6aを設けた構成とする。
【0107】
それにより、本実施の形態1によれば、多数決回路3bによって位相比較結果の多数決を取ることにより、入力データに含まれるジッタに過度に追従することを防止することができるので、ビット同期回路1におけるエラー率を低減することができる。
【0108】
また、本実施の形態1では、位相比較器3aがデジタル方式の場合について記載したが、たとえば、図19に示すように、位相比較器3a1 をアナログ方式の回路により構成するようにしてもよい。
【0109】
この場合、位相比較器3a1 は、4つのフリップフロップ34〜37から構成されている。フリップフロップ34の入力端子には、入力データが入力されるように接続されており、フリップフロップ35〜37の入力端子には、電源電圧がそれぞれ接続されている。
【0110】
フリップフロップ34のクロック端子には、クロックφnが入力されるように接続されており、フリップフロップ35のクロック端子には、半周期遅れたデータが入力されるように接続されている。
【0111】
フリップフロップ34の出力端子には、フリップフロップ36のクロック端子、およびフリップフロップ37のリセット端子がそれぞれ接続されており、フリップフロップ35の出力端子には、フリップフロップ36のリセット端子、ならびにフリップフロップ37のクロック端子がそれぞれ接続されている。
【0112】
そして、フリップフロップ36の出力端子からはDN0信号が出力され、フリップフロップ376の出力端子からはUP0信号が出力される。
【0113】
この位相比較器3a1 では、UP0/DN0信号を検知する感度を変えることにより、入力データとクロックφnとの位相差が小さいときにはUP0/DN0信号を出力しないように調整することが可能となる。
【0114】
(実施の形態2)
図20は、本発明の実施の形態2によるビット同期回路に設けられた位相比較回路のブロック図、図21は、図20の位相比較回路に設けられた多数決回数設定レジスタの一例を示す回路図、図22は、図20の位相比較回路における他の構成例を示すブロック図、図23は、図22の位相比較回路における他の構成例を示すブロック図である。
【0115】
本実施の形態2において、ビット同期回路は、前記実施の形態の図1と同様に、フリップフロップ2、位相比較回路31 、ポインタ4、セレクタ5、および多相出力PLL6から構成されている。
【0116】
位相比較回路31 は、図20に示すように、前記実施の形態の図5と同様である位相比較器3a、および多数決回路3bからなる回路に、多数決回数設定レジスタ3cを新たに追加した構成となっている。
【0117】
また、ビット同期回路におけるフリップフロップ2、ポインタ4、セレクタ5、および多相出力PLL6については、前記実施の形態1と同様であるので説明は省略する。
【0118】
位相比較回路31 において、多数決回数設定レジスタ3cには、リセット信号、ならびにレジスタ制御信号がそれぞれ入力されるように接続されている。多数決回数設定レジスタ3cは、レジスタ制御信号によって多数決回数を設定する。
【0119】
多数決回数設定レジスタ3cは、図21に示すように、複数のフリップフロップ381 〜38n が多段接続された構成からなる。そして、レジスタ制御信号によって多数決回数が多数決回数設定レジスタ3cに設定される。多数決回数制御回路29は、多数決回数設定レジスタ3cに設定された多数決回数に基づいて、カウンタ等ディレイ回路23に供給するクロックの生成、UP0カウンタ24、DN0カウンタ26のリセット制御、ポインタ4(図1)で用いるカウント回数に応じた分周クロックの生成などを行う。
【0120】
図22は、位相比較回路32による他の構成例を示すブロック図である。
【0121】
位相比較回路32は、位相比較器3a、多数決回路3b、多数決回数設定レジスタ3c、カウンタ3d、および論理和回路3eから構成されている。論理和回路3eの入力部には、パワーオンリセット信号、ならびに制御信号がそれぞれ入力されるように接続されている。
【0122】
論理和回路3eの出力部には、多数決回数設定レジスタ3c、およびカウンタ3dの一方の入力部がそれぞれ接続されており、該カウンタ3dには、多数決回数設定レジスタ3cが接続されている。
【0123】
カウンタ3dの他方の入力部には、入力データが入力されるように接続されている。また、その他の位相比較器3a、多数決回路3b、および多数決回数設定レジスタ3cの接続構成は、図20と同様である。
【0124】
パワーオンリセット、またはリセット信号が論理和回路3eに入力されると、多数決回数設定レジスタ3c、ならびにカウンタ3dがリセットされる。そして、リセットが解除された際、多数決回数設定レジスタ3cの多数決回数が最小に設定(初期設定)される。
【0125】
その後、カウンタ3dは入力データのカウントを行い、任意のカウント数、または任意の時間が経過したら、多数決回数設定レジスタ3cの多数決回数を初期設定よりも大きく設定する。
【0126】
これにより、ビット同期回路の動作開始時にはデータとクロックφnとの位相を短時間で同期させ、データとクロックφnとが同期した後は多数決回数を大きくしてデータをより安定して取り込むことが可能となる。
【0127】
図23は、バーストビット転送方式における位相比較回路33の構成例を示すブロック図である。
【0128】
バーストビット転送方式では、データ列を受信しはじめた際に、データとクロックφnとの位相を早く合わせる必要があるが、この場合、データの先頭にデータの先頭であることを示すヘッダコードが付加されていることを利用するものである。
【0129】
位相比較回路33は、位相比較器3a、多数決回路3b、多数決回数設定レジスタ3c、カウンタ3d、論理和回路3e、およびコード識別回路3fから構成されている。
【0130】
コード識別回路3fは、データに含まれるヘッダコードを認識し、認識信号を出力する。コード識別回路3fの入力部には入力データが入力されるように接続されており、該コード識別回路3fの出力部には、論理和回路3eの一方の入力部が接続されている。論理和回路3eの他方の入力部にはパワーオンリセットが入力されるように接続されている。また、その他の位相比較器3a、多数決回路3b、多数決回数設定レジスタ3c、および論理和回路3eの接続構成は、図22と同様である。
【0131】
コード識別回路3fがヘッダコードを認識すると、認識信号を論理和回路3eに出力する。これによって、多数決回数設定レジスタ3c、およびカウンタ3dがそれぞれリセットされ、該多数決回数設定レジスタ3cの多数決回数が最小に設定(初期設定)される。
【0132】
その後、カウンタ3dは、入力データのカウントを行い、任意のカウント数、または任意の時間が経過したら、多数決回数設定レジスタ3cの多数決回数を初期設定よりも大きく設定する。
【0133】
また、コード識別回路3fは、たとえば、ビット同期回路で同期した後にシリアルデータをパラレルデータに変換するシリアル/パラレル変換回路に内蔵される場合もあるので、該シリアル/パラレル変換回路から出力される識別信号を利用するようにしてもよい。
【0134】
それにより、本実施の形態2においては、ビット同期回路の動作開始時におけるデータ同期時間を短縮するとともに、データとクロックφnとの同期後におけるデータをより安定させることができる。
【0135】
以上、本発明者によってなされた発明を発明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【0136】
たとえば、前記実施の形態1,2では、ビット同期回路について記載したが、デジタルPLL回路、およびデジタルDLL回路に設けられる位相比較器に多数決機能を有するようにしてもよい。
【0137】
一般的に、デジタルPLL回路においては、位相比較した結果が位相比較周期で制御回路に出力され、該デジタルPLL回路の発振周波数を切り替える構成となっている。
【0138】
この場合、参照クロックのジッタが大きいと、デジタルPLL回路は、参照クロックのジッタに対して周波数、位相を合わせようするので出力クロックの変動が大きくなってしまう。
【0139】
図24は、多数決機能を有したデジタルPLL回路39のブロック図である。
【0140】
デジタルPLL回路39は、位相比較回路40、発振器制御回路41、発振器42、および分周回路43から構成されている。
【0141】
位相比較回路40の入力部には、分周回路43から出力される帰還クロック、および外部入力される参照クロックがそれぞれ入力されており、該位相比較回路40の出力部には発振器制御回路41が接続されている。
【0142】
位相比較回路40は、位相比較器40a、および多数決回路40bから構成されており、UP/DN/FIX信号、および分周クロックを出力する。また、これら位相比較器40a、多数決回路40bの構成は前記実施の形態1,2に示した位相比較器3a、多数決回路3bと同じ構成であるので説明は省略する。
【0143】
発振器制御回路41は、位相比較回路40から出力されるUP/DN/FIX信号のいずれかに基づいて制御電圧を生成する。発振器制御回路41には、発振器42が接続されており、該発振器42の出力部には分周回路43が接続されている。
【0144】
発振器42は、発振器制御回路41から出力された制御電圧に基づいて発振周波数を変化させた出力クロックを出力する。分周回路43は、発振器42が生成した出力クロックを分周し、帰還クロック信号として出力する。
【0145】
それにより、多数決処理後の位相比較結果で発振器42を制御することにより、参照クロックの本当のエッジ(ジッタの中心値)がずれた場合にのみ、発振器42の周波数を切り替えることができるので、デジタルPLL回路39の位相変動量を大幅に抑えることができる。
【0146】
また、一般的なDLL回路では、位相比較した結果を位相比較周期でディレイ制御回路に出力することにより、ディレイ回路の位相を切り替えている。この場合には、参照クロック、またはデータのジッタが大きいと、該DLL回路から出力されるクロック、またはデータの位相変動が大きくなってしまう。
【0147】
図25は、多数決機能を有したデジタルDLL回路44のブロック図である。
【0148】
デジタルDLL回路44は、位相比較回路45、ディレイ制御回路46、およびディレイ回路47から構成されている。
【0149】
ディレイ回路47には、被調整クロック(またはデータ)が入力されている。位相比較回路45の入力部には、ディレイ回路47から出力される調整後クロック(またはデータ)、および外部入力される参照クロック(またはデータ)がそれぞれ入力されている。
【0150】
位相比較回路45の出力部にはディレイ制御回路46が接続されている。位相比較回路45は、位相比較器45a、および多数決回路45bから構成されており、UP/DN/FIX信号、および分周クロックを出力する。また、これら位相比較器45a、多数決回路45bの構成は前記実施の形態1,2に示した位相比較器3a、多数決回路3bと同じ構成であるので説明は省略する。
【0151】
ディレイ制御回路46は、位相比較回路45から出力されるUP/DN/FIX信号のいずれかに基づいて制御信号を生成する。ディレイ制御回路46にはディレイ回路47の制御端子が接続されており、ディレイ回路47は、ディレイ制御回路46から出力された制御信号に基づいてディレイ時間を調整する。
【0152】
それにより、多数決処理後の位相比較結果でディレイ回路47を制御することにより、参照クロック(またはデータ)のエッジ(ジッタの中心値)がずれた場合のみ、ディレイ時間を切り替えることができるので、デジタルDLL回路47から出力されるクロック(またはデータ)位相変動量を大幅に小さくすることができる。
【0153】
【発明の効果】
本願によって開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
【0154】
(1)入力データなどに含まれるジッタに過度に追従することを防止することができるので、ビット同期におけるエラー率を大幅に低減することができる。
【0155】
(2)また、入力クロックなどに含まれるジッタに過度に追従することを防止することができるので、PLL回路やDLL回路などにおける位相変動量を大幅に低減することができる。
【0156】
(3)上記(1)、(2)により、半導体集積回路装置の信頼性、ならびに性能を向上することができ、該半導体集積回路装置を用いて電子システムを構成することにより、電子システムの高速動作、ならびに安定動作を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1によるビット同期回路のブロック図である。
【図2】図1のビット同期回路に設けられた位相比較回路のブロック図である。
【図3】多相クロックを利用した位相比較器の回路構成の一例を示す図である。
【図4】図3の位相比較器における信号タイミングチャートである。
【図5】多相クロックを使用しないで構成した多相クロックを利用した位相比較器の回路構成の他の例を示す図である。
【図6】図5の位相比較器における各部の信号タイミングチャートである。
【図7】図2の位相比較回路に設けられた多数決回路の回路図である。
【図8】図7の多数決回路に設けられたUP0カウンタの回路図である。
【図9】図7の多数決回路に設けられたカウンタ等ディレイ回路の回路図である。
【図10】図7の多数決回路に設けられた大小判定回路の回路図である。
【図11】図2の位相比較回路における各部の信号タイミングを示すタイミングチャートである。
【図12】図7の多数決回路における多数決判定周期の設定方法の説明図である。
【図13】図7の多数決回路における他の構成例を示す回路図である。
【図14】図7の多数決回路をアップダウンカウンタを用いて構成した際の一例を示すブロック図である。
【図15】本発明の実施の形態1による高速光伝送システムの概略構成を示すブロック図である。
【図16】図15の高速光伝送システムに設けられた処理用LSIの説明図である。
【図17】図16の処理用LSIにおける受信データ処理の説明図である。
【図18】図15の処理用LSIに複数個のビット同期回路を搭載した際の構成例を示す回路図である。
【図19】本発明の他の実施の形態によるビット同期回路に設けられた位相比較器の回路図である。
【図20】本発明の実施の形態2によるビット同期回路に設けられた位相比較回路のブロック図である。
【図21】図20の位相比較回路に設けられた多数決回数設定レジスタの一例を示す回路図である。
【図22】図20の位相比較回路における他の構成例を示すブロック図である。
【図23】図22の位相比較回路における他の構成例を示すブロック図である。
【図24】本発明の他の実施の形態によるデジタルPLL回路のブロック図である。
【図25】本発明の他の実施の形態によるデジタルDLL回路のブロック図である。
【図26】本発明者が検討したビット同期回路のブロック図である。
【図27】図26のビット同期回路におけるデータ取り込みエラーの説明図である。
【符号の説明】
1 ビット同期回路
2 フリップフロップ
3 位相比較回路
31 位相比較回路
3a 位相比較器
3a1 位相比較器
3b 多数決回路
3b1 多数決回路
3c 多数決回数設定レジスタ
3d カウンタ
3e 論理和回路
3f コード識別回路
4 ポインタ
5 セレクタ
6,6a 多相出力PLL
8〜11 遅延回路
12〜16 フリップフロップ
12’〜16’ フリップフロップ
17,18 排他的論理和回路
17’,18’ 排他的論理和回路
19 バッファ
20〜22 論理積回路
23 カウンタ等ディレイ回路
231 フリップフロップ
232 インバータ
24 UP0カウンタ(第1のカウンタ)
241 UP0カウンタ(第1のカウンタ)
24a フリップフロップ
24b 否定論理積回路
24c〜24f インバータ
25 UP0カウンタデータ保持レジスタ(第1のデータ保持レジスタ)
26 DN0カウンタ(第2のカウンタ)
261 DN0カウンタ(第2のカウンタ)
27 DN0カウントデータ保持レジスタ(第2のデータ保持レジスタ)
28 大小判定回路
281 否定的排他的論理和回路
282 インバータ
283 否定的論理積回路
284 論理積回路
285 否定的論理和回路
286 論理和回路
29 多数決回数制御回路
30 アップダウンカウンタ
31 分周回路(分周制御回路)
32 処理用LSI(半導体集積回路装置)
32a 光モジュール
321 シリアル/パラレル変換回路
322 PLL
323 パラレル/シリアル変換回路
324 I/O回路
325 論理部
33 位相比較回路
34〜37 フリップフロップ
381 〜38n フリップフロップ
39 デジタルPLL回路
40 位相比較回路
41 発振器制御回路
42 発振器
43 分周回路
44 デジタルDLL回路
45 位相比較回路
46 ディレイ制御回路
47 ディレイ回路
STM 高速光伝送システム
50 ビット同期回路
51 フリップフロップ
52 位相比較器
53 ポインタ
54 セレクタ
55 多相出力PLL
Claims (11)
- 第1信号と第2信号との位相比較を行い、その位相差に応じて第1、または第2の制御電圧を出力する位相比較器と、
前記位相比較器から出力された第1、および第2の制御電圧を一定期間それぞれカウントし、第1の制御電圧が第2の制御電圧よりも多ければアップ信号を、第2の制御電圧が第1の制御電圧よりも多ければダウン信号を、第1の制御電圧と第2の制御電圧とのカウント数が同じであればフィックス信号を出力する多数決回路とを有した位相比較回路を備え、
前記多数決回路は、期間設定信号に基づいて、前記位相比較器から出力された第1、および第2の制御電圧をカウントする期間を可変とすることが可能であることを特徴とする半導体集積回路装置。 - 第1信号と第2信号との位相比較を行い、その位相差に応じて第1、または第2の制御電圧を出力する位相比較器と、
前記位相比較器から出力された第1、および第2の制御電圧を一定期間それぞれカウントし、第1の制御電圧が第2の制御電圧よりも多ければアップ信号を、第2の制御電圧が第1の制御電圧よりも多ければダウン信号を、第1の制御電圧と第2の制御電圧とのカウント数が同じであればフィックス信号を出力する多数決回路と、
多数決回数設定信号に基づいて多数決回数設定データを格納する多数決回数設定レジスタとを有した位相比較回路を備え、
前記多数決回路は、前記多数決回数設定レジスタに保持された多数決回数設定データに基づいて、前記位相比較器から出力された第1、および第2の制御電圧のカウント数が設定されることを特徴とする半導体集積回路装置。 - 請求項1または2記載の半導体集積回路装置において、
前記多数決回路は、
第1の制御電圧をカウントする第1のカウンタと、
第2の制御電圧をカウントする第2のカウンタと、
前記第1のカウンタから取り込んだカウントデータを保持する第1のデータ保持レジスタと、
前記第2のカウンタから取り込んだカウントデータを保持する第2のデータ保持レジスタと、
前記第1のデータ保持レジスタに保持されたカウントデータと前記第2のデータ保持レジスタに保持されたカウントデータとを比較し、いずれのデータが大きいかを判定し、前記第1のデータ保持レジスタのカウントデータが多ければアップ信号を、前記第2のデータ保持レジスタのカウントデータが多ければダウン信号を、前記第1のデータ保持レジスタと前記第2のデータ保持レジスタとのカウントデータが同じであればフィックス信号を出力する大小判定回路とを備えたことを特徴とする半導体集積回路装置。 - 請求項3記載の半導体集積回路装置において、
前記第1、および第2のカウンタは、非同期式カウンタよりなり、
前記第1、および第2のカウンタと遅延時間が等しいクロックを生成するカウンタ等ディレイ回路を備え、
前記第1、および第2のカウンタのカウントデータを取り込む際に、前記カウンタ等ディレイ回路が生成したクロックを用いることを特徴とする半導体集積回路装置。 - 請求項1〜4のいずれか1項に記載の半導体集積回路装置において、前記位相比較回路を用いて構成されたビット同期回路を備えたことを特徴とする半導体集積回路装置。
- 請求項5記載の半導体集積回路装置において、
リセット信号が入力された際には前記多数決回数設定レジスタをリセットして初期値の多数決回数を設定し、リセット解除後に入力データをカウントし、任意のカウント数になると前記多数決回数設定レジスタに前記初期値の多数決回数よりも多い回数の多数決回数を設定するカウンタを備えたことを特徴とする半導体集積回路装置。 - 請求項6記載の半導体集積回路装置において、
入力データに付加されたヘッダコードを認識し、認識信号を出力するコード識別回路を備え、
前記カウンタは、前記コード識別回路から出力される認識信号、またはリセット信号が入力された際に前記多数決回数設定レジスタをリセットして初期値の多数決回数を設定し、リセット解除後に入力データをカウントし、任意のカウント数になると前記多数決回数設定レジスタに前記初期値の多数決回数よりも多い回数の多数決回数を設定することを特徴とする半導体集積回路装置。 - 請求項1〜7のいずれか1項に記載の半導体集積回路装置において、
前記第1、および第2のカウンタを2以上それぞれ設け、第1、ならびに第2の制御電圧を交互にカウントすることを特徴とする半導体集積回路装置。 - 請求項1または2記載の半導体集積回路装置において、
前記多数決回路は、
第1の制御電圧が入力された際にはアップ側にシフトし、第2の制御信号が入力された際にはダウン側にシフトするアップダウンカウンタと、
多数決回路設定信号によって設定された多数決回数での前記アップダウンカウンタのポインタ位置を判定し、アップ側であればアップ信号、ダウン側であればダウン信号、中央にあればフィックス信号を出力する分周制御回路とを備えたことを特徴とする半導体集積回路装置。 - 請求項1または2記載の半導体集積回路装置において、前記位相比較回路を用いて構成されたPLL回路を備え、前記位相比較回路には、出力クロックを分周した帰還クロックと参照クロックとが入力されることを特徴とする半導体集積回路装置。
- 請求項1または2記載の半導体集積回路装置において、
前記位相比較回路を用いて構成されたDLL回路を備え、
前記位相比較回路には、調整用クロックを遅延させて出力クロックを生成するディレイ回路から出力された出力クロックと参照クロックとが入力されることを特徴とする半導体集積回路装置。
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