快速鎖定時鐘數據恢復的製作方法

2023-09-13 19:38:40 1

專利名稱：：快速鎖定時鐘數據恢復的製作方法
技術領域：
：本發明的各個實施例涉及可以應用於例如數字通信中的快速鎖定時鐘和數據恢復(CDR)方法和電路。
背景技術：
：為了讀取輸入的數字數據流，需要具有與輸入數據流同相的時鐘信號。值。該時鐘信號可以通過獨立的時鐘傳輸信道(如導線或其他導電通路、無線信道等等)提供到接收元件。然而，根據CDR方法，時鐘信號直接源自輸入數據流，這可以消除對於獨立的時鐘傳輸信道的需要。CDR電路的一種類型是相位插值(PI)CDR電路。在PICDR電路中，時鐘輸出通過獲取兩個正交的參考時鐘信號(例如相位相差大約兀/2的時鐘信號)的加權相位插值而生成。圖1示出了現有技術的PICDR電路100。電路100包括鑑相器102和相位插值器104。鑑相器102接收通過前置放大器102而輸入的數據流，以及從相位插值器104接收的插值時鐘信號。鑑相器102的輸出包括早值和晚值。如果輸入數據流的相位相對早於插值時鐘信號則判斷為早值，如果輸入數據流相對晚於插值時鐘信號則判斷為晚值。相位插值器104包括相位插值控制器108和相位插值器核106。控制器108從鑑相器102接收早和晚值，並生成提供到核106的一系列相位調諧值。核106接收調諧值，以及兩個正交的參考時鐘信號，時鐘I和時鐘Q。核106在時鐘I和時鐘Q之間進行相位插值。給每路時鐘I和Q的相位的加權由調諧值確定。得到的結果是插值時鐘信號，其被提供到如上所述的鑑相器102。插值時鐘和輸入數據流通過輸出緩沖器112被提供作為輸出。當輸入數據流和插值時鐘的相位不匹配時(例如，當判斷早或晚值時)，相位插值器104增加修正插值時鐘的相位直到它鎖定到輸入數據流的相位。當判斷早或晚值時，控制器108可以修正調諧值，該調諧值依次修正通過核106加到時鐘1和/或Q上的權重，引起插值時鐘的相位以預定量增加或減少。圖2示出了由PICDR電^各100生成的時序圖200。時序圖200示出了輸入數據流202,插值時鐘信號204,時鐘I和時鐘Q。輸入數據流202初始相對早於插值時鐘。在輸入數據流202的每個上升沿，設置鑑相器102的早值，導致控制器108修正加到時鐘I和時鐘Q上的權重。因此，核106增加插值時鐘的相位逼近輸入^t據流202的相位。用於插值時鐘信號204鎖定在輸入數據流的相位上所需要的步驟的數目由電路100的相位解析度和插值時鐘信號204與輸入數據流202之間的相位差決定。
發明內容在一個一般的方面，本發明的各個實施例提供了一種時鐘數據恢復系統。所述系統可以包括鑑相器、相位插值器、初始鑑相器和初始相位解碼器。初始鑑相器可以配置為接收輸入數據流和插值時鐘信號，並輸出表示輸入數據流是否相對早或晚於插值時鐘信號的早/晚值。相位插值器可以配置為接收早/晚信號和至少一個參考時鐘信號，並根據所述早/晚值和所述至少一個參考時鐘信號生成插值時鐘信號。初始鑑相器可以配置為接收輸入數據流，並輸出表示輸入數據流的相位的第一數據。初始相位解碼器可以配置為接收表示輸入數據流的相位的數據，並根據表示輸入數據流的相位的數據從多個時鐘信號中選擇至少一個參考時鐘信號，其中表示輸入數據流的相位的數據包括第一數據。另外，初始鑑相器和初始相位解碼器可以配置為在至少一個參考時鐘信號被選擇出來後停止工作。在另一個一般的方面，本發明的各個實施例提供了用於時鐘數據恢復的方法。該方法可以包括接收輸入數據流，並生成表示所述輸入數據流是否相對早或晚於插值時鐘信號的早/晚值。該方法也可以包括從輸入數據流中導出表示輸入數據流的相位的第一數據以及根據所述第一數據從多個時鐘信號中選擇至少一個參考時鐘信號。另外，該方法可以包括根據所述至少一個參考時鐘信號和所述早/晚值生成插值時鐘信號，並使配置為導出第一數據的至少一個硬體元件和配置為選擇至少一個參考時鐘信號的至少一個硬體元件停止工作。這裡通過示例結合下面的附圖描述本發明的實施例，其中圖1示出了現有技術中的相位插值(PI)時鐘和數據恢復(CDR)電路；圖2示出了由圖1的PICDR電路生成的時序圖3示出了當基於輸入數據相位而選擇參考時鐘信號的時候，示意PICDR電路的一個實施例的運行的相量圖4示出了配置為根據輸入數據流的相位選擇參考時鐘的PICDR電路的一個實施例的框圖5示出了示意初始鑑相器電路的一個實施例的框圖6示出了由示意輸入數據流的狀態在時鐘I和時鐘IB之間的變化的一個實施例生成的波形；圖7示出了示意8個卦限的圖3的相量圖的一個實施例；圖8示出了用於上/下圓周值的鎖存值的存儲電路的一個實施例；圖9和圖IO示出了示意用於實現初始相位解碼器的組合邏輯的一個實施例的框圖。具體實施例方式各個實施例提供了相位插值(PI)時鐘和數據恢復(CDR)電路，包括功能性地用於基於輸入數據流的相位選擇初始參考時鐘信號。在各個實施例中，這可以降低在鎖定之前增加插值時鐘信號的次數，從而減少了鎖定時間。這裡描述的PICDR電路和方法可以用於需要CDR電路的任何應用，包括，例如，使用如HYPERTRANSFER、SERIAL-ATA、PCTEXPRESS等協議的高速串行通信應用。圖3A示出了當基於輸入數據流選擇出參考時鐘信號時示意PICDR電路的一個實施例的運行的相量圖300。相量圖300示出了4象限時鐘信號，時鐘I、時鐘Q、時鐘IB和時鐘QB，這些將相量圖300分成了4個象限。在相量圖300中，時鐘Q可以具有兀/2的相位角，時鐘IB可以具有兀的相位角，時鐘QB可以具有3兀/2的相位角，時鐘I可以具有2兀的相位角。當時鐘I和Q用作相位插值的參考時鐘時，生成的插值時鐘的初始沿可以具有相位位置304的相位角，粗略地在時鐘I和Q之間。當輸入數據流的相位在第I象限，這可以導致相對快速的鎖定時間。然而，在圖3A所示的例子中，輸入數據流相位位置302顯示在第III象限。這需要插值時鐘相位沿線路308從相位位置304增加到相位位置302。代替總是使用時鐘I和時鐘Q作為參考時鐘，各個實施例可以檢測輸入數據流相位302，從而選擇一個或多個參考時鐘。例如，輸入數據流相位的象限可以被檢測，範圍在該象限內的時鐘信號可以被用作相位插值的參考時鐘信號。例如，因為樣本輸入數據流相位位置302在第III象限內，時鐘IB和時鐘QB可以被選擇作為相位插值的參考時鐘。然後得到的初始插值時鐘邊沿可以在相位位置306。因為在第二插值時鐘相位位置306和輸入數據流相位302之間的路徑310比線路308短很多，所以鎖定時間也可以更短。在一些實施例中，代替放置在一個象限中，輸入數據流相位位置302可以放置在最近卦限中，其中卦限代表相量圖300中的8個等距向量。圖3B示出了示意卦限1-8的相量圖300的一個實施例。每個卦限可以對應不同的相位插值參考時鐘或一組參考時鐘。例如，當輸入數據流相位落在最接近卦限2的時候，時鐘I和時鐘B可以用作參考時鐘。同樣地，卦限4可以只十應時4中Q和IB;卦限6可以對應時4中IB和QB;卦限8可以對應時鐘I和QB。根據各個實施例，當輸入數據流落在與一個時鐘在同一個方向的最接近的卦限時，那麼該時鐘可以用作相位插值的唯一的參考時鐘。例如，卦限1可以對應時鐘I;卦限3可以對應時鐘Q;卦P艮5可以對應時鐘IB;卦限7可以對應時鐘QB。儘管這裡示出了具有4個可能的參考時鐘和4個或8個可能的參考時鐘組合的實施例，但是可以理解的是，可以使用任何適當數目的時鐘，並且可能的參考時鐘組合的數目可以基於時鐘的數目而變化。圖4示出了PICDR電路400的一個實施例的框圖，該PICDR電路400配置為根據輸入數據流的相位選擇參考時鐘。電路400可以包括二進位鑑相器402和相位插值器404。相位插值器404可以包括相位插值控制器408和相位插值器核406。在這些元件之外，電路400也可以包括初始鑑相器414和初始相位解碼器416。其他元件(例如，前置放大器410和輸出緩衝器412)可以用於調節電路400的輸入和輸出。初始鑑相器414可以接收輸入數據流和導出表示該數據流的相位的數據。初始相位解碼器416可以從初始鑑相器414和/或從電路400的其他元件接收表示數據流的相位的數據，並可以選擇一個或多個參考時鐘。被選擇的參考時鐘的標識可以通過相位插值控制器408，如圖所示，或通過相位插值器核406，提供到相位插值器404。根據各個實施例，初始鑑相器414和初始相位解碼器416可以在直到參考時鐘信號被選擇之前是激活的，在參考時鐘信號被選4奪後，元件414、416可以停止工作(例如，被斷電，與電路400斷開等等)。當新的輸入數據流#皮電路400接收，初始鑑相器414和初始相位解碼器416可以激活。輸入數據流可以被提供到二進位鑑相器402和初始鑑相器414(例如，通過前置放大器410)。二進位鑑相器402可以包括用於接收輸入數據流和插值時鐘並輸出早和晚值的任何適當的數字或模擬電路類型。例如，如果輸入數據的相位相對早於插值時鐘，二進位鑑相器402可以判斷早值，如果輸入數據的相位相對晚於插值時鐘則判斷晚值。初始插值時鐘信號在各個實施例中可以設置為任何適當的值，可以設置為時鐘Q。初始鑑相器414可以包括用於接收輸入數據流並輸出表示輸入數據流的相位的數據的任何適當的數字或模擬電路類型。圖5示出了示意初始鑑相器414的一個實施例的框圖。在示出的實施例中，初始鑑相器414提供上/下圓周值作為輸出，該值可以表示輸入數據流的相位位於相量圖300的上半圓周312或下半圓周314。如圖5所示，輸入數據流可以在鎖存器502被鎖存在時鐘I。結果可以是值A，表示輸入數據流的狀態在時鐘I的上升沿。在鎖存器504，輸入數據流可以被鎖存在時鐘IB,結果是值B,表示輸入數據流的狀態在時鐘IB的上升沿。圖6示出了由示意輸入數據流的狀態在時鐘I和時鐘IB之間變化的一個實施例生成的波形。這樣的變化可以表示輸入數據流的相位在相量圖300的上半圓周312。圖7示出了由示意輸入數據流的狀態在時鐘I和時鐘IB之間沒有變化的一個實施例生成的波形。這可以表示輸入數據流的相位在相量圖300的下半圓周314。再次參考圖5，上/下圓周值可以通過在門506獲取值A和B的異或而得到。結果可以是在鎖存電路508鎖存在時鐘Q，生成上/下圓周值。如果上/下圓周值被判斷，則可以表示輸入數據相位在相量圖300的上半圓周312。如果上/下圓周值沒有被判斷，則可以表示輸入數據相位在相量圖300的下半圓周314。根據各個實施例，初始鑑相器414也可以包括用於計算表示輸入數據流的相位的其他值的元件。例如，初始鑑相器414也可以包括用於確定輸入數據流的相位是否在時鐘I和IB之間切換的元件(1/IB切換)。這可以表示輸入數據流的相位是否在相量圖300的左半圓周316或右半圓周318。初始鑑相器414可以包括用於查找I/IB切換的任何適當的元件。例如，類似於圖5所示的電路可以用於確定輸入數據流的狀態在時鐘Q和QB的上升沿之間是否有任何變化。在一些實施例中，I/IB切換值可以通過初始鑑相器414之外的其他元件來確定，包括，例如，相位插值控制器408。初始相位解碼器416可以從初始鑑相器414和/或從其他電路元件接收表示輸入數據流的相位的輸入。從這些輸入中，解碼器416可以導出提供到相位插值器404的一個或多個參考時鐘。可以使用輸入的任意組合。然而，根據各個實施例，初始相位解碼器416的輸入可以包括I/IB切換值，上/下圓周值，由二進位鑑相器402生成的早和晚值。下面表l示出了示意初始鑑相器414的一個實施例的輸入和輸出的真值表。tableseeoriginaldocumentpage10tableseeoriginaldocumentpage11根據各個實施例，初始相位解碼器416的一些輸入可以被鎖存以超時提供累計值。例如，如表l所示，上/下圓周值可以在幾個時鐘值累計。儘管表1示出了在3個時鐘值累計的實施例，但是，應當理解的是，時鐘值的數目可以使用任何奇數。圖8示出了用於上/下圓周值的鎖存值的存儲電路800的一個實施例。存儲電路800可以是初始相位解碼器416的一部分。上/下圓周值可以提供到鎖存器802，該鎖存器802可以串行連接到鎖存器804和806。所有的鎖存器802、804和806可以由參考時鐘計時，在這個示例中參考時鐘為時鐘Q。因此，值D3、D2和Dl可以表現上/下圓周值在參考時鐘的3個最近的上升沿的值。圖9和IO示出了用於實現初始相位解碼器416的組合邏輯900和1000的一個實施例的示意圖。邏輯卯0可以接收I/IB切換值，從二進位鑑相器402接收二進位早/晚值和/或接收累計上/下圓周值作為輸入。邏輯900的輸出可以是表示時鐘I或時鐘IB是否被相位插值器404用作參考時鐘的值。邏輯1000可以接收累計上/下圓周值作為輸入，並提供表示時鐘Q或時鐘QB是否被相位插值器404用作參考時鐘的值作為輸出。在這裡的各個實施例中，電路400的元件使用鎖存電路和組合邏輯實現。可以理解的是，電路400及其各個元件的功能可以使用適當種類的硬體和/或軟體來實現。例如，各個元件，可以使用任何適當的基於軟體、微處理器或狀態機的方法來實現。同樣，可以理解的是，電路400的一些或全部可以使用模擬電3各來實現，包括，例如，二進位鑑相器402和/或相位插值控制器408。雖然已經描述了幾個實施例，然而，應當明確的是，本領域技術人員可以對這些實施例進行各種改進、替換和適配得到所述實施例的一些或全部有益效果。例如，根據各個實施例，一個元件可以替換為多個元件，多個元件可以替換為一個元件，以完成給定的一個或多個功能。同樣，這裡描述的電路元件可以替換為各種等同的電路元件。例如，這裡描述的鎖存電路可以替換為觸發器或其他任何適當的設備。另外，各種電路值的極性可以翻轉。例如，根據電路配置，為"確定，，的比特或值可以表示相對於未確定的比特或值為高或低電位。因此本申請旨在覆蓋在不脫離所附的權利要求的條件下的所有這些改進、替換和適配。本發明的實施例不能解釋為限定於所公開的特定的實施例。因此，本發明的實施例應當作為示例性的而不是限制性的。在不脫離權利要求的範圍的情況下，可以做出變化和更換。因此，本發明的明確意圖是所有這些等同、變化和更換都落入在此包括的權利要求的範圍之內。總之，已經描述了由採用此處描述的思想而產生的多個有益效果。用於示例和描述的目的，在先已經呈現了對於一個或多個實施例的描述。這並不是意圖窮舉或限制於所公開的精確的形式。按照以上的教導可能進行改進和變化。為了示例的原則以及使得本領域普通技術人員之一因此能夠使用各個實施例以及匹配於特定使用目的的各種改進的實際應用，已經選擇和描述了一個或多個實施例。同此提交的權利要求意圖定義全部的範圍。權利要求1、一種時鐘數據恢復系統，包括鑑相器，其配置為接收輸入數據流和插值時鐘信號並輸出表示所述輸入數據流是否相對早於或晚於所述插值時鐘信號的早/晚值；相位插值器，其配置為接收上述早/晚信號和至少一個參考時鐘信號，並根據所述早/晚值和所述至少一個參考時鐘信號生成插值時鐘信號；初始鑑相器，其配置為接收所述輸入數據流，並輸出表示所述輸入數據流的相位的第一數據；初始相位解碼器，其配置為接收表示所述輸入數據流的相位的數據，並根據所述表示所述輸入數據流的相位的數據，從多個時鐘信號中選擇所述至少一個參考時鐘信號，其中所述表示所述輸入數據流的相位的數據包括所述第一數據；以及其中所述初始鑑相器和所述初始相位解碼器配置為在所述至少一個參考時鐘信號被選擇之後停止工作。2、根據權利要求1所述的系統，其中所述相位插值器電路包括相位插值控制器，其用於接收所述早/晚信號並生成相位插值控制信號；以及相位插值器核，其用於接收所述插值控制信號，並根據所述插值控制信號生成所述插值時鐘信號。3、根據權利要求1所述的系統，其中所述初始相位解碼器進一步配置為導出所述輸入數據流的相位的估計，並根據所述估計選擇所述至少一個參考時鐘信號。4、根據權利要求3所述的系統，其中所述輸入數據流的相位的估計包括所述輸入數據流的相位的象限或卦限。5、根據權利要求3所述的系統，其中所述多個時鐘信號包括具有兀/2相位角的時鐘Q信號、具有兀相位角的時鐘IB信號、具有3兀/2相位角的時鐘QB信號和具有2ti相位角的時鐘I。6、根據權利要求5所述的系統，其中所述輸入數據流的相位的估計包括象限，其中所述至少一個參考時鐘信號包括範圍在所述象限內的兩個時鐘信號。7、根據權利要求5所述的系統，其中所述輸入數據流的相位的估計包括最近卦限，其中如果所述最近卦限落在所述多個時鐘信號中的兩個之間，則所述至少一個參考時鐘信號包括所述多個時鐘信號中的兩個，其中如果最近卦限落在所述多個時鐘信號中的一個內，所述至少一個參考時鐘信號由所述多個時鐘信號中的所述一個組成。8、根據權利要求1所述的系統，其中所述表示所述輸入數據流的相位的數據包括從選擇自所述多個時鐘信號中的第一時鐘信號的多個周期中保留的數據。9、一種時鐘數據恢復的硬體實現的方法，所述方法包括接收輸入數據流；生成表示所述輸入數據流是否相對早於或晚於插值時鐘信號的早/晚值；從所述輸入數據流導出表示所述輸入數據流的相位的第一數據；根據所述第一數據從多個時鐘信號中選擇至少一個參考時鐘信號；根據所述至少一個參考時鐘信號和所述早/晚值生成插值時鐘信號；以及使配置為導出所述第一數據的至少一個硬體元件和配置為選擇至少一個參考時鐘信號的至少一個硬體元件停止工作。10、根據權利要求9所述的方法，進一步包括導出所述輸入數據流的相位的估計；以及根據所述估計選擇所述至少一個參考時鐘信號。11、根據權利要求IO所述的方法，其中所述輸入數據流的相位的估計包括所述輸入數據流的相位的象限或卦限。12、根據權利要求IO所述的方法，其中所述多個時鐘信號包括具有兀/2相位角的時鐘Q信號、具有兀相位角的時鐘IB信號、具有3兀/2相位角的時鐘QB信號和具有2兀相位角的時鐘I。13、根據權利要求12所述的方法，其中所述輸入數據流的相位的估計包括象限，其中所述至少一個參考時鐘信號包括範圍在所述象限內的兩個時鐘信號。14、根據權利要求12所述的方法，其中所述輸入數據流的相位的估計包括最近卦限，其中如果所述最近卦限落在所述多個時鐘信號中的兩個之間，那麼所述至少一個參考時鐘信號包括所述多個時鐘信號中的所述兩個，其中如果所述最近卦限落在所述多個時鐘信號中的一個內，所述至少一個參考時鐘信號由所述多個時鐘信號中的所述一個組成。15、根據權利要求9所述的方法，其中所述表示所述輸入數據流的相位的數據包括從選自所述多個時鐘信號中的第一時鐘信號的多個周期中保留的數據。全文摘要一種時鐘數據恢復系統，包括鑑相器、相位插值器、初始鑑相器和初始相位解碼器。所述鑑相器接收輸入數據流和插值時鐘信號，並輸出表示所述輸入數據流和所述插值時鐘信號之間的時序關係的早/晚值。所述相位插值器接收所述早/晚信號和至少一個參考時鐘信號，並根據所述早/晚值和所述至少一個參考時鐘信號生成插值時鐘信號。所述初始鑑相器接收所述輸入數據流，並輸出表示所述輸入數據流的相位的第一數據。所述初始相位解碼器接收所述表示所述輸入數據流的相位的數據，並根據所述表示所述輸入數據流的相位的數據從多個時鐘信號中選擇至少一個參考時鐘信號。文檔編號H04L7/033GK101577617SQ20091012630公開日2009年11月11日申請日期2009年2月26日優先權日2008年5月8日發明者簡駿業申請人:臺灣積體電路製造股份有限公司