[發明專利]鎖相環以及時鐘和數據恢復電路

無效

• 申請號: 201410096161.5
• 申請日: 2014-03-14
• 公開（公告）號: CN104065380A
• 公開（公告）日: 2014-09-24
• 發明（設計）人: 周志偉;増田貴志;藤原徹哉
• 申請（專利權）人: 索尼公司
• 主分類號: H03L7/18
• 分類號: H03L7/18
• 代理公司: 北京信慧永光知識產權代理有限責任公司 11290
• 代理人: 曹正建;陳桂香

技術領域

本發明涉及鎖相環(phase locked loop)以及時鐘和數據恢復電路(clock and data recovery circuit)。

背景技術

近年來，在信息設備、全高清電視等的領域中，需要高速及低成本地傳輸大容量數字數據。因此，廣泛地使用高速串行傳輸(fast serial transmission)。用于高速串行傳輸的接收器使用利用鎖相環技術的時鐘和數據恢復電路(在下文中簡稱為“CDR”)再生與所接收的經過預編碼的數據序列同步的時鐘，且再生數據。

注意，日本未審專利申請2010-35098(JP-A-2010-35098)記載的技術被視為與本發明的技術相似。JP-A-2010-35098披露了如下鎖相環，該鎖相環的固有頻率為ωn和阻尼系數ζ均可自由變化，且均允許校準。

圖25是現有技術的鎖相環2501的框圖。

頻率和相位比較電路102將參考時鐘的頻率和相位中的每者與反饋時鐘的頻率和相位中的每者進行比較，并且基于比較結果輸出均是PWM控制信號的UP信號和DN信號。電荷泵2502基于UP信號和DN信號輸出電流。具體地，電荷泵2502將數字信號轉換為電流信號。環路濾波器2503將不必要的高頻成分從電流信號(即，電荷泵2502的輸出信號)中移除，并將電流信號轉換為電壓信號。該電壓信號用于控制電壓控制振蕩器2504。電壓控制振蕩器2504基于接收到的電壓信號輸出VCO時鐘，VCO的時鐘振蕩頻率受到控制。VCO時鐘被分頻器110分頻成預定頻率，并接著被發送到頻率和相位比較電路102。

圖26是現有技術中的CDR2601的框圖。

CDR2601的操作和鎖相環2501的操作類似。

首先，鎖定檢測器202將輸入數據信號的頻率和相位中的每者與第一反饋時鐘信號的頻率和相位中的每者進行比較，以確定頻率差異和相位差異中的每者是否處于相位比較電路的鎖定范圍內。當差異不處于鎖定范圍內時，多路復用器203a和203b被選擇成位于頻率和相位比較電路204一側。當差異處于鎖定范圍內時，多路復用器203a和203b被選擇成位于相位比較電路205一側。

頻率和相位比較電路204將輸入數據信號的頻率和相位中的每者與第一反饋時鐘信號的頻率和相位中的每者進行比較，并基于比較結果輸出UP信號和DN信號，UP信號和DN信號均為PWM控制信號。電荷泵2502基于通過多路復用器203a和203b接收的UP信號和DN信號輸出電流。具體地，電荷泵2502將這些數字信號轉換為電流信號。環路濾波器2503移除電流信號(即，電荷泵2502的輸出信號)中的不必要的高頻成分，并將電流信號轉換為電壓信號。該電壓信號用于控制電壓控制振蕩器2504。電壓控制振蕩器2504基于接收到的電壓信號輸出第二反饋時鐘(VCO時鐘)，第二反饋時鐘的振蕩頻率受到控制。第二反饋時鐘信號被相位比較電路205接收，而且第二反饋時鐘信號被分頻器110分頻成預定頻率并接著被發送到頻率和相位比較電路204。

如同頻率和相位比較電路204，相位比較電路205將輸入數據信號的相位與第二反饋時鐘信號的相位進行比較，并且基于比較結果輸出UP信號和DN信號，UP信號和DN信號均是PWM控制信號。UP信號和DN信號分別作為數字信號被多路復用器203a和203b接收。多路復用器203a和203b的信號處理或后級的信號處理類似于頻率和相位比較電路204的信號處理。相位比較電路205輸出恢復時鐘和恢復數據，恢復時鐘的頻率與第二反饋時鐘的頻率相同，且恢復數據的相位與恢復時鐘的相位同步。在鎖定檢測器202所輸出的鎖定檢測信號將多路復用器203控制成處于相位比較電路一側時，恢復時鐘和恢復數據被后續電路處理，由此能夠從輸入數據信號中提取原始數據。

在嘗試實現高速CDR期間，發明人發現在圖25所示的鎖相環2501以及圖26所示的CDR2601的現有技術中均出現了由電荷泵2502引起的穩定相位誤差(stationary phase error)。

圖27A和圖27B分別是用于說明鎖相環和CDR中的穩定相位誤差的波形圖。

圖27A為用于說明鎖相環中的穩定相位誤差的波形圖。當將參考時鐘與反饋時鐘進行比較時，盡管處于完全同步的穩定狀態，但仍出現相位位移。該相位位移對應于穩定相位誤差。