專利名稱：輔助相位內(nèi)插器恢復(fù)時鐘信號的機制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實施例一般涉及相位內(nèi)插器，更具體地講，涉及一種用于從發(fā)送給接收器的串行數(shù)據(jù)中恢復(fù)時鐘的內(nèi)插器。
背景技術(shù)：
在許多數(shù)據(jù)通信方案中，不與數(shù)據(jù)一起傳送單獨的時鐘信號。這需要在接收端從數(shù)據(jù)中恢復(fù)時鐘以便之后恢復(fù)數(shù)據(jù)。當(dāng)通過傳輸介質(zhì)傳輸時鐘控制的數(shù)據(jù)時，諸如抖動和相位偏移(phase skew)等數(shù)據(jù)信號中的噪聲會縮小數(shù)據(jù)的采樣窗口。例如，占空比失真是由數(shù)據(jù)符號的非對稱的正占空比和負(fù)占空比所引起的，并且可以作為與高頻相關(guān)的抖動或作為相位跳躍表現(xiàn)出來。抖動、相位偏移以及占空比失真縮小了接收器所感知的采樣窗口。
相位內(nèi)插器電路越來越多地用于嵌入式時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)系統(tǒng)，以將采樣時鐘定位于數(shù)據(jù)眼的中心。相位內(nèi)插器一般使用產(chǎn)生自鎖相環(huán)(PLL)的固定相位時鐘，并將其適當(dāng)?shù)鼗旌弦陨蓛?nèi)插的時鐘，其可以被調(diào)整在數(shù)據(jù)位的中心。某些相位內(nèi)插器電路的實施包括預(yù)調(diào)節(jié)器電路、混合器電路，以及放大器。當(dāng)相位內(nèi)插器在數(shù)倍于Gb/S的速度上運行時，任何占空比的惡化都可導(dǎo)致錯誤采樣的數(shù)據(jù)。
相位內(nèi)插器的輸入上的固定相位時鐘可以具有某一來自信號源或電源噪聲的周期間的抖動。在相位內(nèi)插器中被混合的相鄰時鐘之間的相位偏移也是有可能的。該抖動和相位偏移導(dǎo)致相位內(nèi)插器輸出中的占空比失真。
常規(guī)的相位內(nèi)插器電路對可以導(dǎo)致低質(zhì)量時鐘的輸入抖動和布圖失配(layout mismatch)非常敏感。由于輸入時鐘中的抖動和相位偏移，相位內(nèi)插器中的預(yù)調(diào)節(jié)器電路的輸出可能具有不同的共模電壓。這些不同的共模電壓引起相位內(nèi)插器的差分混合器電路中的工作點的不同。這可以導(dǎo)致相位內(nèi)插器的輸出時鐘中的占空比失真，從而導(dǎo)致錯誤采樣的數(shù)據(jù)。隨著速度更高以及與時鐘有關(guān)的抖動增加，即使在輸入時鐘上有明顯的相位偏移和電源噪聲所引起的抖動，可以提供較較干凈的時鐘的相位內(nèi)插器也將有助于減少錯誤取樣的數(shù)據(jù)的發(fā)生。


通過以下給出的詳細(xì)說明以及本發(fā)明的各個實施例的附圖將會更充分地理解本發(fā)明。然而，不應(yīng)將附圖理解為將本發(fā)明限制于特定的實施例，而其僅僅是用于說明和理解。
圖1示出簡單通信系統(tǒng)的方框圖；圖2示出可以使用相位內(nèi)插器類型的接收器的方框圖；圖3示出相位內(nèi)插器的一個實施例的方框圖；圖4示出表示相位內(nèi)插器的輸出的理想相位間隔(phase spacing)的示圖；圖5示出表示相位內(nèi)插器的輸出的不理想相位間隔的示圖；圖6示出相位內(nèi)插器的一個實施例的電路/方框圖；以及圖7是用于從數(shù)據(jù)流中恢復(fù)嵌入的時鐘的方法的一個實施例的流程圖。

發(fā)明內(nèi)容
描述一種用于降低相位內(nèi)插器電路中的占空比失真的方法和裝置。在本申請中引用“一個實施例”或“實施例”表示，在本發(fā)明的至少一個實施例中包括結(jié)合實施例所描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或者特性。在申請的多處地方出現(xiàn)的用語“在一個實施例中”并非都指同一實施例。
在如下描述中，闡明了許多細(xì)節(jié)。然而，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見的是，無須這些特定的細(xì)節(jié)也可以實施本發(fā)明的實施例。在其它情況下，為了避免使本發(fā)明難以理解，以方框圖的形式示出公知的結(jié)構(gòu)和器件，而未示出細(xì)節(jié)。
圖1是簡單通信系統(tǒng)100的一個實施例的方框圖，其可以用于減小相位內(nèi)插器電路中的占空比失真。系統(tǒng)100包括發(fā)射機(Tx)110、串行數(shù)據(jù)信號130，以及接收機(Rx)120。接收機單元120還包括時鐘和數(shù)據(jù)恢復(fù)(CDR)單元125。
發(fā)射機102向接收機120發(fā)射串行數(shù)據(jù)信號130，例如包括一系列的數(shù)據(jù)符號。接收機120的CDR單元125對串行數(shù)據(jù)信號130(例如，包括在串行數(shù)據(jù)信號中的符號)進行采樣，以從串行數(shù)據(jù)信號中恢復(fù)數(shù)據(jù)。CDR單元125在采樣時間對串行數(shù)據(jù)信號130進行采樣，所述采樣時間由在接收機120處本地產(chǎn)生的采樣信號140所確定。在某些實施例中，采樣信號140可以由鎖相環(huán)(PLL)產(chǎn)生。
在從串行數(shù)據(jù)信號130中恢復(fù)數(shù)據(jù)時，采樣信號140使得CDR單元125在與串行信號的最高信噪比(S/N)水平的出現(xiàn)相一致的采樣時間對串行數(shù)據(jù)信號進行采樣。然而，通常在串行數(shù)據(jù)信號和采樣信號之間存在相位偏移，致使CDR單元125在非最理想的采樣時間對串行數(shù)據(jù)信號130進行采樣，這可導(dǎo)致在從串行數(shù)據(jù)信號130中恢復(fù)數(shù)據(jù)時產(chǎn)生錯誤。
圖2是接收機120的CDR單元125的一個實施例的方框圖，其中可以使用相位內(nèi)插器的實施例。線210上的遠(yuǎn)程串行數(shù)據(jù)是鑒相電路220的輸入，該鑒相電路220具有第二輸入，即線290上的所恢復(fù)的遠(yuǎn)程時鐘信號。來自方框220的表示相位差的控制信號是遠(yuǎn)程時鐘恢復(fù)裝置230的輸入，該時鐘恢復(fù)裝置230具有作為第二輸入的線260上的本地參考時鐘。線260上的本地參考時鐘可以是圖1中的采樣信號140。
利用來自方框220的控制信號來改變所恢復(fù)的遠(yuǎn)程時鐘的相位，直到其與輸入數(shù)據(jù)達(dá)到所需的頻率和相位關(guān)系。提供線290上的所恢復(fù)的時鐘作為輸出，并且其被用作用于恢復(fù)數(shù)據(jù)的觸發(fā)器240的時鐘輸入。
圖3是相位內(nèi)插器的一個實施例的方框圖?？梢韵辔粌?nèi)插器300可以用作例如圖2所示系統(tǒng)中的遠(yuǎn)程時鐘恢復(fù)裝置230。然而，圖3中的相位內(nèi)插器裝置在需要在不同的時鐘相位之間內(nèi)插的任何方案中都是有用的。
在所示的實施例中，相位內(nèi)插器300包括三個電路單元預(yù)調(diào)節(jié)器310、混合器320、以及放大器330。利用來自鎖相環(huán)(PLL)350的固定相位時鐘作為預(yù)調(diào)節(jié)器310的輸入時鐘。通過預(yù)調(diào)節(jié)器310將這些固定相位時鐘轉(zhuǎn)化為三角波。預(yù)調(diào)節(jié)器310是方波-到-三角波整形器，其在兩個相位之間產(chǎn)生良好的重疊。預(yù)調(diào)節(jié)器310的輸出是阻容(RC)型的波形而不是三角波。這基本上在任何兩個相鄰的預(yù)調(diào)節(jié)器輸出相位之間提供良好的重疊區(qū)域。將預(yù)調(diào)節(jié)器的兩個輸出相位耦合到共模電路360。
共模電路360包括用于保持預(yù)調(diào)節(jié)器的輸出偏置在同一電壓下的電路。其迫使預(yù)調(diào)節(jié)器的輸出的共模相同，從而有助于預(yù)調(diào)節(jié)器輸出信號圍繞著固定共模擺動，以產(chǎn)生良好的差分信號交越(crossover)和理想的時鐘輸出。實施共模電路360可以有助于產(chǎn)生放大之后的相位內(nèi)插器輸出的適當(dāng)相位間隔。將共模電路360的輸出耦合到混合器電路320。
在混合器電路320處，將從預(yù)調(diào)節(jié)器310輸出的信號相位基于成比例的電流權(quán)重按比例進行混合。混合器320接收任何的多個相鄰的三角波并將它們混合，以便產(chǎn)生在形狀上接近正弦曲線的最終輸出。控制混合器的輸出，以產(chǎn)生相位處于混合器輸入相位之間的某處的輸出。
通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)340控制施加在混合器電路中的成比例的電流權(quán)重?；谶呇睾蛿?shù)據(jù)采樣、以及采樣時鐘的當(dāng)前位置產(chǎn)生DAC 240的控制。圖3所示的IQ1和IQ2之間的成比例的電流權(quán)重決定輸出相位。電流IQ1和電流IQ2的和是常數(shù)K。
混合器320的輸出是模擬的，且提供給另一共模電路370。共模電路370與共模電路360類似地工作，以促進混合器320的輸出的適當(dāng)相位間隔。本發(fā)明的實施例可以不需要共模電路360和共模電路370這兩者。某些實施例可以僅實施這些共模電路中的一個，而其它實施例則可以實施這兩個共模電路。
將共模電路370的輸出提供給放大器330，該放大器330產(chǎn)生軌到軌(0V到VDD電壓擺動)采樣時鐘。放大器330在某些實施例中可以是CMOS(互補型金屬氧化物半導(dǎo)體)電平轉(zhuǎn)換器。
圖4和圖5是在相位內(nèi)插器中預(yù)調(diào)節(jié)器310的輸入、預(yù)調(diào)節(jié)器310的輸出、混合器320的輸出、以及相位內(nèi)插器的輸出(即放大器330的輸出)中的每一處的相位間隔的圖示。將PLL 350輸出的預(yù)調(diào)節(jié)器310的輸入時鐘傳遞數(shù)千微米并在其到達(dá)多線結(jié)構(gòu)中的每一相位內(nèi)插器之前將其周期性地緩沖。一般地，預(yù)調(diào)節(jié)器的輸入上的這些固定相位時鐘將具有某些來自信號源和電源噪聲的周期間的抖動。在被混合的相鄰時鐘之間也有可能存在相位偏移。
圖4示出當(dāng)在相位內(nèi)插器的輸入時鐘中不存在抖動或相位偏移時，相位內(nèi)插器中的理想的相位間隔。其示出預(yù)調(diào)節(jié)器的輸入、預(yù)調(diào)節(jié)器的輸出、混合器的輸出、以及相位內(nèi)插器的輸出(放大器的輸出)中的每一處的相位間隔。理想地，兩個相鄰的輸出相位之間的相位間隔為T/n pS，其中T是以微微秒為單位的周期，而n是每一周期內(nèi)的輸入相位的數(shù)量。例如，相位1和相位2之間、相位2和相位3之間、相位3和相位4之間以及相位4和相位1之間的相位間隔，在理想的4相位系統(tǒng)中將為T/4 pS。
在圖4中，線(a)表示理想的預(yù)調(diào)節(jié)器的輸入的相位間隔。線(b)表示在預(yù)調(diào)節(jié)器的輸出處所得到的相位間隔。線(c)表示所得到的混合器的輸出的相位間隔。線(d)表示相位內(nèi)插器的輸出(放大器的輸出)處的總的相位間隔。
圖5通過圖形示出相位內(nèi)插器內(nèi)的不理想的相位間隔。當(dāng)在相位內(nèi)插器的輸入時鐘中存在抖動和/或相位偏移時可能出現(xiàn)這種不理想的情況。一般地，預(yù)調(diào)節(jié)器的輸出的共模和信號擺幅決定混合器輸出的偏置點?；旌掀鬏敵龅钠命c是混合器輸出處的差分?jǐn)[幅的偽共模。因為預(yù)調(diào)節(jié)器的時鐘由于抖動和偏移而在時間上偏移，所以預(yù)調(diào)節(jié)器的輸出可以具有不同的共模。預(yù)調(diào)節(jié)器輸出處的不同的共?？梢詫⒒旌掀鞯妮敵銎玫讲煌碾妷弘娖健?br> 此外，不同的共?？梢詫?dǎo)致混合器交越明顯與期望值不同并導(dǎo)致長脈沖-短脈沖的情況，從而導(dǎo)致相位內(nèi)插器的輸出中的占空比失真。由于預(yù)調(diào)節(jié)器的輸入時鐘中的相位偏移，預(yù)調(diào)節(jié)器的輸出圍繞著不同的共模擺動，導(dǎo)致混合器的輸出偏壓的偏移。由于相位偏移(時間)的存在，產(chǎn)生混合器輸出偏置偏移(電壓)，帶來不良占空比時鐘。換句話說，產(chǎn)生差的輸出時鐘的相位間隔。圖5示出預(yù)調(diào)節(jié)器的輸入時鐘的不理想的相位間隔對相位內(nèi)插器的輸出的影響。
在圖5中，線(a)表示不理想的預(yù)調(diào)節(jié)器的輸入的相位間隔。線(b)表示在預(yù)調(diào)節(jié)器的輸出處所得的相位間隔。線(c)表示具有偏移的偏置點的所得的混合器輸出的相位間隔。線(d)表示具有占空比失真的相位內(nèi)插器的輸出處的總的相位間隔。
圖6示出相位內(nèi)插器的一個實施例的電路/方框圖，例如圖3中的相位內(nèi)插器，其用于緩解相位內(nèi)插器電路中的占空比失真。如圖3所示，該圖包括電路級別的預(yù)調(diào)節(jié)器310、混合器320、放大器330，以及共模電路360、370的實施。
共模電路360、370包括交流(AC)耦合電容器610、630、以及共模偏置保持器電路620、640。AC耦合電容器610、630和共模偏置保持器電路620、640共同工作以保持共模電路360、370的輸入信號的共模。
可以將共模電路360設(shè)置在預(yù)調(diào)節(jié)器電路310和混合器電路320之間?；蛘撸谄渌鼘嵤├?，可以將共模電路370設(shè)置在混合器電路320和放大器330之間。相位內(nèi)插器的一個實施例可以既包括混合器電路320和放大器330之間的共模電路370，又包括預(yù)調(diào)節(jié)器電路310和混合器320之間的共模電路360。
圖6所示的相位內(nèi)插器300的實施例可以減小混合器320的差分輸出處的共模偏壓的差異，將兩個輸出保持偏置在同一電壓，從而在放大之后產(chǎn)生適當(dāng)?shù)南辔婚g隔。相位內(nèi)插器300的實施例還迫使預(yù)調(diào)節(jié)器310的差分輸出的共模為一個值，并使混合器320的輸出處的共模相同。因此，信號圍繞著固定的共模擺動，從而產(chǎn)生良好的相位內(nèi)插器300的差分信號交越以及理想的時鐘輸出。
圖7是示出用于從數(shù)據(jù)流中恢復(fù)嵌入時鐘的方法700的一個實施例的流程圖。從數(shù)據(jù)流中恢復(fù)嵌入時鐘包括相位內(nèi)插器保持其處理的信號的共模。流程圖包括在處理方框710接收多個參考時鐘信號。處理方框720包括通過共模電路保持多個參考時鐘信號的共模，共模電路包括AC電容器和共模偏置保持器電路。接著，處理方框730包括基于對多個參考時鐘和接收的數(shù)據(jù)信號的比較產(chǎn)生相關(guān)的控制信號。最后，處理方框740包括輸出相關(guān)的控制信號的相位所貢獻的幅度。
可以在圖3和6所示的相位內(nèi)插器的實施例中實施方法700。更確切地說，在處理方框720中保持多個參考時鐘信號的共?？梢岳脠D3和圖所示的共模電路360和370來實施。此外，保持多個參考時鐘信號的共模還包括迫使多個參考時鐘信號的共模相同。
相位內(nèi)插器和與其伴隨的數(shù)據(jù)恢復(fù)方案的實施例可以用在諸如PCI Express的串行接口中。然而，這里說明的相位內(nèi)插器裝置的實施例在需要在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)上傳輸串行數(shù)據(jù)的任何方案中都是有用的。
盡管在閱讀了上述說明之后，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明的許多更改和變形無疑都將變得很顯而易見，但是應(yīng)該理解的是，以說明的方式示出并描述的特定實施例并不旨在被認(rèn)為是限制性的。因此，引用各個實施例的細(xì)節(jié)并不旨在限制權(quán)利要求的范圍，其自身僅僅記載視為本發(fā)明的那些特征。
權(quán)利要求
1.一種相位內(nèi)插器，包括交流(AC)耦合電容器；以及耦合到所述AC耦合電容器的共模偏置保持器電路，其中所述AC耦合電容器和所述共模偏置保持器電路一起工作，以迫使相位內(nèi)插器的輸入信號的共模相同。
2.如權(quán)利要求1所述的相位內(nèi)插器，還包括預(yù)調(diào)節(jié)器電路；混合器電路；以及放大器。
3.如權(quán)利要求2所述的相位內(nèi)插器，還包括耦合在所述混合器電路和所述放大器之間的所述共模偏置保持器電路和所述AC耦合電容器。
4.如權(quán)利要求3所述的相位內(nèi)插器，還包括耦合在所述預(yù)調(diào)節(jié)器電路和所述混合器電路之間的第二AC耦合電容器；以及耦合到所述第二AC耦合電容器的第二共模偏置保持器電路。
5.如權(quán)利要求2所述的相位內(nèi)插器，還包括耦合在所述預(yù)調(diào)節(jié)器電路和所述混合器電路之間的所述共模偏置保持器電路和所述AC耦合電容器。
6.如權(quán)利要求2所述的相位內(nèi)插器，其中所述預(yù)調(diào)節(jié)器電路還包括用于產(chǎn)生多個相位內(nèi)插器的輸入信號之間的重疊的電路。
7.如權(quán)利要求2所述的相位內(nèi)插器，其中所述混合器電路還包括用于混合來自預(yù)調(diào)節(jié)器電路的信號的電路，所述混合基于由數(shù)模轉(zhuǎn)換器控制的成比例的電流權(quán)重。
8.如權(quán)利要求7所述的相位內(nèi)插器，其中所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器基于邊沿和數(shù)據(jù)采樣以及采樣時鐘的當(dāng)前位置產(chǎn)生對所述成比例的電流權(quán)重的控制。
9.如權(quán)利要求2所述的相位內(nèi)插器，其中所述放大器還包括用于接收來自所述混合器電路的信號以便產(chǎn)生軌到軌采樣時鐘的電路。
10.如權(quán)利要求9所述的相位內(nèi)插器，其中所述放大器是互補型金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)電平轉(zhuǎn)換器。
11.一種方法，包括接收多個參考時鐘信號；通過共模電路保持所述多個參考時鐘信號的共模，所述共模電路包括交流(AC)電容器以及共模偏置保持器電路；基于對所述多個參考時鐘和接收的數(shù)據(jù)信號的比較，產(chǎn)生相關(guān)的控制信號；以及輸出由所述相關(guān)的控制信號的相位貢獻的幅度。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述保持共模還包括迫使所述多個參考時鐘信號的所述共模相同。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述保持共模還包括接收來自混合器電路的所述多個參考時鐘信號；迫使所述多個參考時鐘信號的所述共模相同；以及向放大器發(fā)送所述參考時鐘信號。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，還包括接收來自預(yù)調(diào)節(jié)器電路的所述多個參考時鐘信號；迫使所述多個參考時鐘信號的所述共模相同；以及向所述混合器電路發(fā)送所述參考時鐘信號。
15.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述保持共模還包括接收來自預(yù)調(diào)節(jié)器電路的所述多個參考時鐘信號；迫使所述多個參考時鐘信號的所述共模相同；以及向混合器電路發(fā)送所述參考時鐘信號。
16.一種接收機，包括本地參考時鐘，其提供多個時鐘相位；時鐘和數(shù)據(jù)恢復(fù)單元，其用于接收來自發(fā)射機的串行數(shù)據(jù)信號；以及所述時鐘和數(shù)據(jù)恢復(fù)單元中的相位內(nèi)插器，所述相位內(nèi)插器包括交流(AC)耦合電容器；以及耦合到所述AC耦合電容器的共模偏置保持器電路，其中所述AC耦合電容器和所述共模偏置保持器電路一起工作，以迫使相位內(nèi)插器的輸入信號的共模相同。
17.如權(quán)利要求16所述的接收機，所述相位內(nèi)插器還包括預(yù)調(diào)節(jié)器電路；混合器電路；以及放大器。
18.如權(quán)利要求17所述的接收機，所述相位內(nèi)插器還包括耦合在所述混合器電路和所述放大器之間的所述共模偏置保持器電路和所述AC耦合電容器。
19.如權(quán)利要求18所述的接收機，所述相位內(nèi)插器還包括耦合在所述預(yù)調(diào)節(jié)器電路和所述混合器電路之間的第二AC耦合電容器；以及耦合到所述第二AC耦合電容器的第二共模偏置保持器電路。
20.如權(quán)利要求17所述的接收器，所述相位內(nèi)插器還包括耦合在所述預(yù)調(diào)節(jié)器電路和所述混合器電路之間的所述共模偏置保持器電路和所述AC耦合電容器。
全文摘要
根據(jù)一個實施例，公開了一種相位內(nèi)插器，其包括交流(AC)耦合電容器和共模偏置保持器電路，所述共模偏置保持器電路耦合到AC耦合電容器。在一個實施例中，可以將AC耦合電容器與耦合到該AC耦合電容器的共模偏置保持器電路設(shè)置在相位內(nèi)插器內(nèi)的混合器電路和放大器之間。或者，在另一個實施例中，可以將第二AC耦合電容器與耦合到該第二AC耦合電容器的第二共模偏置保持器電路設(shè)置在相位內(nèi)插器的預(yù)調(diào)節(jié)器電路和混合器電路之間。在另一個實施例中，可以將AC耦合電容器與耦合到該AC耦合電容器的共模偏置保持器電路只設(shè)置在預(yù)調(diào)節(jié)器電路和混合器電路之間。
文檔編號H03K5/135GK101084626SQ200580043633
公開日2007年12月5日 申請日期2005年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月20日
發(fā)明者A·斯里坎斯, R·斯沃茨, W·屠 申請人:英特爾公司