[发明专利]相位比较器、相位比较装置以及时钟数据恢复系统

说明书

技术领域

本发明涉及在数据通信中使时钟信号与接收数据同步的相位调整技术。 

背景技术

在设备之间进行数据通信时，接收侧设备的时钟和发送侧设备的时钟不同步，电源噪声和温度等工作环境不同，因此时钟的频率也不相同，所以在接收侧设备中，需要根据接收到的数据来再生时钟。该处理一般被称为定时恢复、数据时钟恢复等。在一般的定时恢复中反复进行如下工作：在接收侧产生时钟，检测该时钟与接收到的数据的相位差，根据检测到的相位差来调整时钟的频率或相位。 

图24示出一般的相位差检测装置。数据检测装置161和时钟检测装置162分别为触发器，数据引脚被以“H电平”固定，对时钟引脚分别输入数据信号和时钟信号，对复位引脚输入从判断装置163输入的复位信号。当数据信号成为“H电平”时，数据检测装置161的输出成为“H电平”，作为UP信号被输出。同样，当时钟信号成为“H电平”时，时钟检测装置162的输出成为“H电平”，作为DOWN信号被输出。判断装置163监视数据检测装置161的输出和时钟检测装置162的输出，当两方成为了“H电平”时，输出复位信号。即在两方成为了“H电平”的时刻，数据检测装置161的输出和时钟检测装置162的输出分别被复位，返回“L电平”。因此，在数据信号比时钟信号早到达的情况下，在与相位差相同的期间输出“UP信号”，相反的情况下，在与相位差相同的期间输出“DOWN信号”。由此，能够检测时钟信号的相位相对于数据信号是超前了多少还是延迟了多少。 

基于这种方法的相位差检测能以简单的电路来实现，但当数据速率变高时，UP信号、DOWN信号的脉冲宽度变短，变得无法全力进行检测(full swing)，因此难以进行正确的相位差检测。为了解决这样的问题，美国专利第5905769号说明书(专利文献1)和日本特开2004-180188号公报(专利文献2)公开了使用对接收数据进行过取样(over sampling)后的结果来进行相位判断的方法。 

在专利文献1中，公开了以12相的时钟信号对4位的接收数据进行锁存的相位比较器。即为如下结构：4位并行地进行相位比较处理，其中，该相位比较处理是对1位的接收数据执行3倍过采样。所谓3倍过采样意味着以“T/3”间隔来将1位宽度为“T”的接收数据保持3次。这样，能够根据以不同定时多次锁存1位的接收数据而获得的结果，来获知接收数据与时钟信号的相位关系。例如，当在接收数据按“0→1→0......”变化的时刻附近(数据的变化点附近)执行3倍过采样时，在接收数据与时钟信号的相位关系为所期望的状态(理想的相位关系)的情况下，成为“(000)(111)(000)......”这样的结果。但是，在锁存的结果成为了“(001)(110)(001)......”的情况下，能够判断为时钟信号的相位比接收数据延迟。相反，在成为了“(100)(011)(100)......”的情况下，能够判断为时钟信号的相位比接收数据超前。 

在专利文献2中公开了如下的相位检测电路：代替使用多相的时钟，通过使接收数据延迟，从而获得与过采样同等的效果。图25示出专利文献2所述的相位比较器结构。在此，使用2个延迟元件171来使接收数据延迟2级，与来自分频器172的时钟信号同步来锁存由延迟元件171的各个输出和未延迟的数据构成的三种数据。与专利文献1相同地，锁存后的结果成为(001)那样的3位信息，根据该结果输出相位延迟的信号、相位超前的信号。 

在此，在延迟元件171的各个延迟量为“T/3”的情况下，进行与专利文献1公开的相位比较器相同的工作，但在延迟量为“不到T/3”的情况下，产生不进行相位判断的“静区”。为了便于说明，将触 发器的SETUP/HOLD时间取为“0”，将延迟元件171的延迟量取为“D”，则在从时钟信号的上升沿到与延迟量2D相当的期间之前的时刻为止的期间内，仅在发生了数据的变化点的情况下，输出相位延迟信号/相位超前信号。也就是，在从“1周期前的时钟信号的上升沿”到“距下一上升沿的与延迟量2D相当的期间之前的时刻”为止的期间内，在发生了数据的变化点的情况下，不进行相位判断。也就是，该期间成为静区。 

专利文献1和图25(专利文献2)所述的相位比较器仅判断接收数据与时钟信号的相位关系，因此即使在数据的通信速度高速化后的情况下，也不会发生表示相位差的脉冲打乱等问题。而且，输出结果为数字形式，因此处理的流水线(pipeline)化、并行化变得容易，成为适于高速通信的电路结构。 

专利文献1：美国专利5905769号说明书