[发明专利]用于无参考时钟和数据恢复应用的相位/频率检测器以及电荷泵构架

说明书

技术领域

本发明的实施例可关于逻辑电路，更具体地说，本发明的实施例 可关于时钟和数据恢复电路。

背景技术

在许多电子系统中，可以不需要任何定时参考来传输或者恢复数 据。例如，在光通信中，数据流可以不需要任何伴随的时钟信号来通 过光纤流通。那么，可能要求接收设备同步处理这个数据。因此，必 须使用时钟和数据恢复(CDR)电路在接收器处从该数据恢复得到时钟 或者定时信息。随着电和光链路容量的快速增长，CDR电路可能需要 以例如每秒数百亿位的高速来工作。

再者，时钟和数据恢复(CDR)电路对于现代收发器系统降低抖动 和提高信号质量是重要的。基于锁相环(PLL)的CDR被广泛用于连续 模式CDR电路的单片电路实现中。由于PLL的窄频率捕获范围，大 多数CDR实现需要外部参考时钟源。但是，当这样的参考时钟源不 可轻易得到时，例如在重定时器应用中，可能需要能够仅仅基于输入 的数据流来完成频率捕获和锁相的无参考CDR电路。

已经发展出一些不同的方法来实现无参考CDR，包括专用锁频及 锁相环、条件闭环、旋转频率检测器、半速率相位频率检测器(PFD) 和V/I转换器以及基于转变计数机制的FD。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供一种时钟和数据恢复电路，包括： 相位检测器，用于接收数据信号和时钟信号作为输入，所述相位检测 器用于驱动相位检测器电荷泵；频率检测器，用于接收来自所述相位 检测器的中间信号作为输入，所述频率检测器用于驱动频率检测器电 荷泵；组合器，用于组合所述频率检测器电荷泵和所述相位检测器电 荷泵的输出；环路滤波器，用于接收所述组合器的输出；以及由所述 环路滤波器驱动的压控振荡器，用于输出连接到所述相位检测器的时 钟信号。

在本发明的时钟和数据恢复电路的一个实施例中，来自所述相位 检测器的中间信号包括在所述数据信号上将时钟周期分为四个相区 P1、P2、P3和P4的采样点，以及所述相位检测器确定数据转变沿落 入的相区以确定是否锁频以及产生UP信号和DOWN信号来驱动所述 相位检测器电荷泵。

在本发明的时钟和数据恢复电路的一个实施例中，所述相位检测 器包括继电器式Alexander相位检测器。

在本发明的时钟和数据恢复电路的一个实施例中，所述相位检测 器包括三角波Hogge相位检测器。

在本发明的时钟和数据恢复电路的一个实施例中，所述频率检测 器包括一对相区识别电路以识别出现数据转变沿的相区。

在本发明的时钟和数据恢复电路的一个实施例中，所述相位检测 器电荷泵包括位于输出节点的PMOS共发共基放大器以对电荷泵电 流求和以及扩大输出电压范围。

在本发明的时钟和数据恢复电路的一个实施例中，所述频率检测 器电荷泵包括三态电荷泵。

在本发明的时钟和数据恢复电路的一个实施例中，所述频率检测 器电荷泵只在相区P1或P2内有条件地激活。

在本发明的时钟和数据恢复电路的一个实施例中，所述压控振荡 器输出同相时钟信号CLK_I和正交时钟信号CLK_Q。

根据本发明的另一方面，提供一种方法，包括：在多个采样点对 数据信号采样以将时钟周期分为四个相区P1、P2、P3和P4；将时钟 周期表示在相平面上，其中2π角度对应于时钟周期，所述相平面被 划分为四个象限，所述相区P1、P2、P3和P4中的每一个对应于一个 象限；由所述相平面上的相量表示数据信号转变沿与时钟相位之间的 相对相位；以及检测相量落入的相区以确定时钟频率是否被锁相。

在本发明的方法的一个实施例中，还包括：确定相量落入相平面 的左侧还是相平面的右侧；以及分别产生UP信号或者DOWN信号以 调整时钟。

在本发明的方法的一个实施例中，还包括：如果时钟频率不同于 所述数据信号，在所述相平面上以等于拍频的速率旋转相量。

在本发明的方法的一个实施例中，还包括：用所述UP信号和所 述DOWN信号驱动压控振荡器。