説明

オーバーサンプリング型CDR

【課題】キャリブレーション中であってもデータ受信を可能とする。
【解決手段】本発明は、位相のずれた第1クロック及び第2クロックを含む多相クロックが入力されるオーバーサンプリング型CDRであって、入力信号及びクロックが入力され、クロックのタイミングに合わせて入力信号を取り込んで出力信号を出力する第1差動対及び第2差動対と、第1差動対がキャリブレーション時に第1クロックを第2差動対に出力するクロックセレクタと、を備え、第1差動対は、クロックとして第1クロックが入力されると、第1クロックのタイミングに合わせて入力信号を取り込んで前記出力信号として第1データ出力信号を出力し、第2差動対は、クロックとして第1クロックが入力されると、第1クロックのタイミングに合わせて入力信号を取り込んで出力信号として第1データ出力信号を出力するものである。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、高速データ信号を受信するために用いられるSerDes(SERializerDESerializer)に関し、特に入力されたデータの理論をサンプリングするオーバーサンプリングCDR(Clock Data Recoverly)に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、高速インタフェースを備えたLSI(Large Scale Integration)の製造において、微細化プロセスが広く適用されている。微細化プロセスでは、オフセットと呼ばれる、近接した対称素子間の特性差異が発生する可能性が高くなる。オフセットは、特に高速インタフェースを構成するオーバーサンプリング型CDRの動作に弊害を及ぼし、データ受信時のエラー要因となることもある。そのため、オーバーサンプリング型CDRにおいて、オフセットをキャンセルするようキャリブレーションを行う技術の導入が必要となっている。
【0003】
図3は、非特許文献1に記載された従来のオーバーサンプリング型CDRの構成を示すブロック図である。オーバーサンプリング型CDRは、受信データの変化エッジに合わせてデータ受信のクロック位相を調整し、入力データ位相が変化しても常に正しいタイミングでデータを取り込むよう構成されている。オーバーサンプリング型CDRは、受信データである正相入力信号In又は逆相入力信号Inbが入力される4つの差動対1〜4を備えている。各差動対1〜4には、図4に示すように、位相のずれた4相クロックが入力されている。差動対1〜4は、それぞれに入力されたクロックのタイミングに合わせて正相入力信号In又は逆相入力信号Inbを入力し、正相出力信号Out1〜4又は逆相出力信号Outb1〜4として出力するよう構成されている。差動対1、3によって生成される正相出力信号Out1、3、逆相出力信号Outb1、3は、受信データを取得するための信号である。差動対2、4によって生成される正相出力信号Out2、4、逆相出力信号Outb2、4は、データ受信のタイミングを調整するための信号である。
【0004】
このように構成されたオーバーサンプリング型CDRでは、図4に示すように、2相目及び4相目クロックが受信データの変化エッジに対して遅れている状態Aでは、4相クロックを早めるように動作し、2相目及び4相目クロックが受信データの変化エッジに対して進んでいる状態Bでは、4相クロックを遅らせるよう動作する。このように、状態A、Bにおいて各動作を行うことにより、2相目及び4相目クロックを受信データの変化エッジのタイミングに調整する。この結果、1相目及び3相目クロックは、受信データを取り込むのに最適なタイミングに維持される。
【0005】
オーバーサンプリング型CDRは、一般的に、差動対を有する差動回路を備えており、前述したように差動対を構成する対称素子間に特性差異に起因するオフセットをキャンセルする必要がある。非特許文献2には、通常のデータ受信の状態とは別に差動回路のオフセットをキャンセルするキャリブレーションを行う状態を設け、必要に応じて動作状態を切り替えてキャリブレーションを行うことが記載されている。特許文献1には、差動回路において、キャリブレーション中の第1差動段に代わって、第1差動段に入力される入力信号を入力する第2差動段を設け、第1差動段がキャリブレーション中であっても第2作動段によって通常動作を行うことができるよう構成することが記載されている。
【特許文献1】特開2006−352326号公報
【非特許文献1】B. Kim, D. Helman, and P. Gray, "A 30MHz Hybrid Analog/Digital Clock. Recovery Circuit in 2um CMOS," IEEE Journal on Solid State Circuits, Vol.SC-25, no.6, pp.1385-1394, December 1990.
【非特許文献2】JEDEC STANDARD "FBDIMM:Architecture and Protocol, JESD206, pp.44-46 and 51, JANUARY 2007"、[平成19年5月28日検索]、インターネット<URL:http://www.jedec.org/download/search/JESD206.pdf>
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、非特許文献1、2に示される従来のオーバーサンプリング型CDRでは、キャリブレーション中に差動入力間を短絡しておく必要があり、差動回路の出力が不安定となる。そのため、キャリブレーション中の回路ではデータ受信処理を行うことができず、キャリブレーション中にデータ受信が中断されてしまうという問題点を有する。また、特許文献1に記載された差動回路では、第1差動段及び第2差動段の入力信号を切り替えることでキャリブレーションを行っている。そのため、キャリブレーション前後で入力される信号自体を切り替えなければならず、データ受信が中断されないように出力を保つためには、高速に入力信号を切り替えなければならないという問題点を有する。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明に係るオーバーサンプリングCDRは、位相のずれた第1クロック及び第2クロックを含む多相クロックが入力されるオーバーサンプリング型CDRであって、入力信号及びクロックが入力され、前記クロックのタイミングに合わせて前記入力信号を取り込んで出力信号を出力する第1差動対及び第2差動対と、前記第1差動対がキャリブレーション時に前記第1クロックを前記第2差動対に出力するクロックセレクタと、を備え、前記第1差動対は、前記クロックとして前記第1クロックが入力されると、前記第1クロックのタイミングに合わせて前記入力信号を取り込んで前記出力信号として第1データ出力信号を出力し、前記第2差動対は、前記クロックとして前記第1クロックが入力されると、前記第1クロックのタイミングに合わせて前記入力信号を取り込んで前記出力信号として前記第1データ出力信号を出力するものである。
【0008】
このように、代替差動対がキャリブレーション中の差動対に入力されるクロックを入力して、キャリブレーション中の差動対の代替として機能することにより、データ受信を中断することなく差動対のキャャリブレーションを行うことができる。また、代替差動対は、キャリブレーションを行う差動対に入力されるクロックが入力されることによって代替動作を行うため、キャリブレーションを行う差動対と代替差動対に入力される受信データを切り替える操作は不要である。
【発明を実施するための最良の形態】
【0009】
以下、添付した図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
[第1の実施形態]
図1は、本発明の第1の実施形態に係るオーバーサンプリング型CDR10の一構成例を示すブロック図である。以下では、4相クロックで動作するオーバーサンプリング型CDRを例として説明を行うが、本発明は、これに限定されるものではなく任意の相数のるオーバーサンプリング型CDRにおいて本発明を実施することができる。
【0010】
図1に示すように、オーバーサンプリング型CDR10は、4相クロックがそれぞれ入力される4つの差動対1〜4と、これら4つの差動対1〜4がキャリブレーションしている間に各差動対1〜4の代替として動作する代替差動対5を備えて構成されている。すべての差動対1〜5には、共通に正相入力信号In、逆相入力信号Inbが入力されている。正相入力信号In及び逆相入力信号Inbは、インタフェースによって受信された受信データであり、相補データを構成している。差動対1〜4には、位相のずれた4相クロックclk1〜clk4がそれぞれ入力されている。代替差動対5は、キャリブレーション中の差動対1〜4に入力されるクロックclk1〜4を入力することにより、代替動作を開始するよう構成されている。
【0011】
差動対1は、バッファB1を介してクロックclk1を入力し、クロックclk1の立ち上がりのタイミングに合わせて正相入力信号In、逆相入力信号Inbをラッチし、セレクタSel1に出力するよう構成されている。セレクタSel1は、のキャリブレーション制御信号によって制御され、差動対1から入力した信号を正相出力信号Out1又は逆相出力信号Outb1として出力するよう構成されている。同様に、差動対2〜4は、バッファB2〜4を介してクロックclk2〜4を入力し、クロックclk2〜4の立ち上がりのタイミングで正相入力信号In、逆相入力信号Inbをラッチし、セレクタSel2〜4に出力するよう構成されている。セレクタSel2〜4は、キャリブレーション制御信号によって制御され、差動対2〜4から入力した信号を、正相出力信号Out2〜4、又は逆相出力信号Outb2〜4として出力するよう構成されている。
【0012】
セレクタSel0は、4相のクロックck1〜clk4がそれぞれ入力されている。セレクタSel0は、キャリブレーション制御信号によって制御され、制御信号によって選択されたクロックclk1〜4を代替差動対5に出力するよう構成されている。代替差動対5は、セレクタSel0から入力した信号をクロックとして取り込み、クロックの立ち上がりのタイミングに合わせて正相入力信号In、逆相入力信号Inbをラッチし、セレクタSel1〜4に出力するよう構成されている。セレクタSel1〜4は、差動対1〜4又は代替差動対5から入力された信号を、正相出力信号Out1〜4、又は逆相出力信号Outb1〜4として出力するよう構成されている。すなわち、セレクタSel1〜4は、2入力1出力であり、一方に差動対1〜4から信号を入力し、他方に差動対5から信号を入力する。セレクタ1〜4は、キャリブレーション制御信号がLレベルにおいて差動対1〜4から出力された信号を取り込んで正相出力信号Out1〜4、又は逆相出力信号Outb1〜4として出力し、Hレベルにおいて代替差動対5から出力された信号を取り込んで正相出力信号Out1〜4、逆相出力信号Outb1〜4として出力する。
【0013】
次に、このように構成されたオーバーサンプリング型CDR10の動作について説明する。通常動作時には、セレクタSel1〜4を制御するキャリブレーション制御信号をLレベルとする。差動対1〜4は、4相クロックを受信しながら正相入力信号In、逆相入力信号Inbを取り込み、セレクタSel1〜4に出力している。セレクタSel1〜4は、キャリブレーション制御信号がLレベルに設定されているため、差動対1〜4から入力した信号を正相出力信号Out1〜4又は逆相出力信号Outb1〜4として出力する。ここで、差動対1がキャリブレーションを行う際には、セレクタ0の入力をクロックclk1に設定する。これにより、代替差動対5には、クロックとしてクロックclk1が入力されることとなる。また、差動対1のキャリブレーションを行う際には、セレクタSel1のキャリブレーション信号をHレベルとする。なお、その他の差動対2〜4に入力されるキャリブレーション制御信号はLレベルに設定する。セレクタSel1は、代替差動対5から入力した信号を正相出力信号Out1、逆相出力信号Outb1として出力する。すなわち、差動対1がキャリブレーション中では、代替差動対5が差動対1の代替として機能する。同様に、差動対2〜4がキャリブレーション中には、代替差動対5はクロックclk2〜4が入力され、代替差動対5がキャリブレーション中の差動対2〜4の代替として機能する。
【0014】
このように、第1の実施形態に係るオーバーサンプリング型CDR10では、CRD動作を行う差動対1〜4に加え、差動対がキャリブレーションを行う間に当該差動対の代替として機能する代替差動対5を備えることにより、差動対1〜4がキャリブレーションを行う間、代替差動対5がキャリブレーション中の差動対1〜4に入力されるクロックに合わせてデータの受信動作を行うことができる。そのため、差動対1〜4がキャリブレーションにおいてもデータの受信動作を中断する必要がない。また、差動対1〜4、及び代替差動対5には、共通に正相入力信号In又は逆相入力信号Inbが入力され、代替差動対5は、入力するクロックに応じて各差動対1〜4の代替として機能するよう構成されているため、キャリブレーションの前後で差動対1〜4と代替差動対5間で、入力される正相入力信号In又は逆相入力信号Inbを切り替える必要がない。本発明に係る第1の実施形態では、代替差動対5に入力するクロックを切り替えることで、各差動対1〜4のキャリブレーションの前後において代替差動対5の代替動作を瞬時に開始又は停止することができるため、データ受信を中断することなく高速にデータ受信を行うことができる。
【0015】
[第2の実施形態]
図2は、本発明の第2の実施形態に係るオーバーサンプリング型CDR20の一構成例を示すブロック図である。第2の実施形態の特徴は、差動対2及び差動対4を代替差動対として機能させる点にある。オーバーサンプリング型CDR20は、差動対1〜4、及びセレクタSel1、Sel3、Sel5、Sel6を備えて構成されている。なお、第1の実施形態と略同一構成については、同一符号を付すことによりその説明を省略する。差動対1及び差動対3は、受信データの信号レベルを取得するための正相出力信号Out1、3又は逆相出力信号Outb1、3を生成するよう構成されている。一方、差動対2及び差動対4は、受信データのエッジのタイミングを取得するための正相出力信号Out2、4又は逆相出力信号Outb2、4を生成するよう構成されている。
【0016】
差動対1及び差動対2はペアを構成し、差動対1がキャリブレーション中にあっては差動対2が差動対1の代替として機能するよう構成されている。差動対1は、バッファB1を介して入力されるクロックclk1の立ち上がりのタイミングに合わせて正相差動信号In又は逆相差動信号Inbをラッチし、セレクタSel1に出力するよう構成されている。差動対2は、セレクタSel5から入力される信号をクロックとして取り込む。セレクタSel5は、2入力1出力であり、一方にクロックclk1が入力され、他方にクロックclk2が入力され、キャリブレーション制御信号に応じてクロックclk1又はクロックclk2を差動対2に出力するよう構成されている。
【0017】
差動対2は、セレクタSel5から入力されるクロックの立ち上がりのタイミングで正相入力信号In又は逆相入力信号Inbをラッチし、正相出力信号Out2又は逆相出力信号Outb2として出力すると共に、出力をセレクタSel1に出力するよう構成されている。セレクタSel1は、2入力1出力であり、一方に差動対1から出力された信号が入力され、他方に差動対2から出力された信号が入力されている。バッファB1とセレクタSel5は、互いに等しい遅延時間を有し、バッファB1を介して差動対1に入力されるクロックckl1とセレクタSel5を介して差動対2に入力されるクロックclk1のタイミングが一致するよう構成されている。
【0018】
同様に、差動対3及び差動対4はペアを構成し、差動対3がキャリブレーション中にあっては差動対4が差動対3の代替として機能するよう構成されている。なお、差動対3及び差動対4は、入出力する信号以外の構成は差動対1及び差動対2と同様であるためその説明を省略する。
【0019】
次に、このように構成された第2の実施形態に係るオーバーサンプリング型CDR20の動作について説明する。通常動作時においては、キャリブレーション信号をLレベルに設定する。差動対1〜4は、それぞれクロックclk1〜4を入力し、クロックclk1の立ち上がりのタイミングで正相入力信号In又は逆相入力信号Inbを取り込んで出力する。キャリブレーション信号がLレベルにおいて、差動対1の出力は正相出力信号Out1又は逆相出力信号Outb1であり、差動対2の出力は正相出力信号Out2又は逆相出力信号Outb2であり、差動対3の出力は正相出力信号Out3又は逆相出力信号Outb3であり、差動対4の出力は正相出力信号Out4又は逆相出力信号Outb4である。
【0020】
ここで、キャリブレーション制御信号がHとなると、差動対1のキャリブレーションが開始される。このときセレクタSel5の入力としてクロックclk1を選択することにより、セレクタSel5はクロックclk1を差動対2に出力する。差動対2は、クロックとしてセレクタSel5からクロックclk1を入力することにより、差動対1の代替として機能し、クロックclk1に応じた信号をセレクタSel1に出力する。セレクタSel1は、差動対2から入力された信号を選択し、クロックclk1に同期した正相出力信号Out1又は逆相出力信号Outb1として出力する。すなわち、差動対1のキャリブレーション中にあっては、差動対2によって生成された信号が正相出力信号Out1又は逆相出力信号Outb1となる。
【0021】
これと同様に、差動対3がキャリブレーション中にあっては、差動対4がクロックclk3を入力する。差動対4は、クロックclk3に応じて正相入力信号In又は逆相入力信号Inbを取り込み、セレクタSel3に出力する。セレクタSel3は、差動対4から入力される信号を選択して、正相出力信号Out3又は逆相出力信号Outb3として出力する。すなわち、差動対3のキャリブレーション中にあっては、差動対4によって生成された信号が正相出力信号Out3又は逆相出力信号Outb3となる。
【0022】
なお、差動対2又は差動対4のキャリブレーション中にあっては、代替するための回路の切り替えを行わない。これは、差動対2又は差動対4によって生成される信号(正相出力信号Out2、4、逆相出力信号Outb2、4)は、受信データのエッジのタイミングを取得するためのものであり、差動対1及び差動対3によって生成される信号(正相出力信号Out1、3、逆相出力信号Outb1、3)を受信していれば、差動対2、4が通常の動作を行わない場合にあってもデータ受信を行うことができるためである。
【0023】
このように、データ受信を行う信号を生成する差動対1、3の代替としてエッジのタイミングを取得する差動対2、4を用い、差動対1、3のキャリブレーション中にあっては差動対2、4を代替差動対として機能させることにより、従来の差動対数で代替動作を行うことができる。これにより、データ受信が中断されることなく、差動対1、3のキャリブレーションを行うことができる。また、第2の実施形態においても、差動対1〜4には共通に正相入力信号In、逆相入力信号Inbが入力されているため、差動対1、3と代替差動対として機能する差動対2、4との間で正相入力信号In、逆相入力信号Inbを切り替える必要がない。なお、差動対2、4によって生成される信号は、受信データのエッジのタイミングを取得するために用いられているため、差動対2、4のキャリブレーション中にあっても、データの受信は中断されない。
【0024】
本発明は、上記した実施形態に限定されるものではない。本発明は、任意の数の代替差動対を設け、この代替差動対によって少なくともデータ受信を行う信号を生成する差動対の代替とすることで、データ受信を中断することなくキャリブレーションを行うことができるという効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【0025】
【図1】本発明の第1の実施形態に係るオーバーサンプリング型CDR10の一構成例を示すブロック図である。
【図2】本発明の第2の実施形態に係るオーバーサンプリング型CDR20の一構成例を示すブロック図である。
【図3】従来のオーバーサンプリング型CDR30を示すブロック図である。
【図4】オーバーサンプリング型CDRのデータ受信動作を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
【0026】
10、20、30...オーバーサンプリング型CDR
In...正相入力信号 Inb...逆相入力信号
Out...正相出力信号 Outb...逆相出力信号
Sel...セレクタ

【特許請求の範囲】
【請求項1】
位相のずれた第1クロック及び第2クロックを含む多相クロックが入力されるオーバーサンプリング型CDRであって、
入力信号及びクロックが入力され、前記クロックのタイミングに合わせて前記入力信号を取り込んで出力信号を出力する第1差動対及び第2差動対と、
前記第1差動対がキャリブレーション時に前記第1クロックを前記第2差動対に出力するクロックセレクタと、
を備え、
前記第1差動対は、前記クロックとして前記第1クロックが入力されると、前記第1クロックのタイミングに合わせて前記入力信号を取り込んで前記出力信号として第1データ出力信号を出力し、
前記第2差動対は、前記クロックとして前記第1クロックが入力されると、前記第1クロックのタイミングに合わせて前記入力信号を取り込んで前記出力信号として前記第1データ出力信号を出力する
オーバーサンプリング型CDR。
【請求項2】
前記オーバーサンプリング型CDRは、前記入力信号及び第nクロックが入力され、前記第nクロックのタイミングに合わせて前記入力信号を取り込んで第n出力信号を出力する第n差動対を更に備え(ただし、nは3以上の自然数)、
前記クロックセレクタは、前記第1差動対がキャリブレーション時に前記第1クロックを前記第2差動対に出力すると共に、前記第n差動対がキャリブレーション時に前記第nクロックを前記第2差動対に出力し、
前記第2差動対は、
前記クロックとして前記第1クロックが入力されると、前記第1クロックのタイミングに合わせて前記入力信号を取り込んで前記出力信号として前記第1データ出力信号を出力し、
前記クロックとして前記第nクロックが入力されると、前記第nクロックのタイミングに合わせて前記入力信号を取り込んで前記出力信号として前記第nデータ出力信号を出力する
請求項1記載のオーバーサンプリング型CDR。
【請求項3】
前記クロックセレクタは、通常動作時に前記第2クロックを選択して前記第2差動対に出力し、前記第1差動対のキャリブレーション時に前記第1クロックを前記第2差動対に出力し、
前記第2差動対は、
前記第2クロックが入力されると、前記第2クロックのタイミングに合わせて前記入力信号を取り込んで前記出力信号としてデータの受信タイミングを調整する位相補正信号を出力し、
前記第1クロックが入力されると、前記第1クロックのタイミングに合わせて前記入力信号を取り込んで前記データ出力信号として前記第1データ出力信号を出力する
請求項1記載のオーバーサンプリング型CDR。
【請求項4】
前記第1差動対及び前記第2差動対から出力された前記出力信号を入力し、前記第1差動対又は前記第2差動対から出力された前記出力信号を選択して、前記第1データ出力信号として出力するセレクタを有する
請求項1乃至3のうちいずれか1項に記載のオーバーサンプリング型CDR。
【請求項5】
前記第1差動対は、バッファを介して前記第1クロックを入力し、
前記クロックセレクタと前記バッファの有する遅延時間は等しい
請求項1乃至4のうちいずれか1項に記載のオーバーサンプリング型CDR。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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