KR102639325B1

KR102639325B1 - 미분 수신기 및 신호 수신 방법

Info

Publication number: KR102639325B1
Application number: KR1020200053167A
Authority: KR
Inventors: 최성필; 김수환
Original assignee: 에스케이하이닉스 주식회사; 서울대학교산학협력단
Priority date: 2019-10-08
Filing date: 2020-05-04
Publication date: 2024-02-21
Anticipated expiration: 2040-05-04
Also published as: KR20210042004A

Abstract

본 기술에 의한 미분 수신기는 입력 신호를 미분하는 미분기; 미분기로부터 제공되는 미분 신호를 문턱전압과 비교하여 비교 신호를 출력하는 히스테리시스 비교기; 및 비교 신호의 레벨을 조절한 등화 신호를 클록 신호에 따라 샘플링하여 데이터 신호를 제공하는 패턴 탐지 등화기를 포함하되, 비교 신호의 레벨은 데이터 신호의 과거값을 참조하여 조절된다.

Description

미분 수신기 및 신호 수신 방법{DERIVATIVE RECEIVER AND METHOD FOR RECEIVING A SIGNAL}

본 발명은 입력된 신호를 미분하여 수신하는 미분 수신기와 신호 수신 방법에 관한 것이다.

도 1(A)은 내부 채널(11, 21)을 포함하는 반도체 칩(1)을 간략하게 도시한 블록도이다.

반도체 칩(1)은 다수의 다이(10, 20)를 포함한다. 도 1에서는 디램 다이를 예로 들었다.

다수의 다이(10, 20)는 반도체 칩에 구비된 단자(N0)와 와이어 본딩을 통해 연결된다.

단자(N0)는 외부 채널(2)과 연결되어 신호를 송수신한다.

각각의 다이(10, 20)는 와이어 본딩을 통해 입력된 신호를 내부 채널(11, 21)을 통해 수신기(12, 22)에 제공한다.

도 1(B)에서 외부 채널(CH)을 통해 입력된 신호(Vi)가 어느 하나의 다이(10)의 수신기(12)에 제공되는 상황을 나타낸 도면이다.

수신기(12)에 입력되는 신호는 외부 채널(2, CH) -> N0 -> 내부 채널(11, ICH) -> N1을 통해 전달되는 제 1 신호(V₁)와 외부 채널(2, CH)-> N0 -> 내부 채널(21, ICH) -> N2 (반사) -> 내부 채널(21) -> N0 -> 내부 채널(11) -> N1을 통해 전달되는 반사 신호(V_R)를 포함한다.

도 2는 시간 경과에 따른 노드 (N1)의 전압을 나타낸 그래프이다.

제 1 신호(V₁)는 외부 채널 통과 시간(T_CH)과 내부 채널 통과 시간(T_ICH) 경과 후에 나타난다.

이때 제 1 신호(V₁)는 입력 전압(V_i)에 제 1 통과 계수(T₁)를 곱한 값이 된다.

제 1 통과 계수(T₁)는 외부 채널(CH)을 통해 입력된 신호가 노드(N0)와 노드(N1)를 통해 전달되어 수신기(12)에 입력되는 비율을 나타낸다.

반사 신호(V_R)는 내부 채널(11, 21)을 통과한 후에 나타나므로 내부 채널 통과 시간(T_ICH)의 두 배가 경과한 후에 나타난다.

반사 신호(V_R)는 N2에 도착한 신호가 수신기(22) 입력단에서 반사되어 전달되는 신호이다.

수신기(12)가 동작하는 경우 수신기(22)는 플로팅 상태이므로 수신기(22) 입력단에서 반사되는 신호의 크기는 제 1 신호(V₁)의 크기와 동일하다.

반사 신호(V_R)는 위와 같이 반사된 신호에 제 2 통과 계수(T₂)를 곱한 값이 된다.

제 2 통과 계수(T₂)는 노드(N2), 노드(N0), 노드(N1)를 통해 전달된 신호가 수신기(12)에 입력되는 비율을 나타낸다.

이와 같이 각각 내부 채널을 구비한 다수의 다이 중 어느 하나가 외부 채널과 연결되어 신호를 수신하는 경우 다른 다이로부터 반사되는 신호로 인하여 수신된 신호에 왜곡이 발생하고 이에 따라 고속으로 데이터를 수신하는데 오류가 발생할 수 있다.

KR 10-0706732 B1 US 9425905 B2

본 기술은 입력된 신호를 미분하여 처리하는 미분 수신기와 신호 수신 방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 의한 미분 수신기는 입력 신호를 미분하는 미분기; 미분기로부터 제공되는 미분 신호를 문턱전압과 비교하여 비교 신호를 출력하는 히스테리시스 비교기; 및 비교 신호의 레벨을 조절한 등화 신호를 클록 신호에 따라 샘플링하여 데이터 신호를 제공하는 패턴 탐지 등화기를 포함하되, 비교 신호의 레벨은 데이터 신호의 과거값을 참조하여 조절된다.

본 발명의 일 실시예에 의한 신호 수신 방법은 입력 신호를 미분하여 미분 신호를 생성하는 단계; 상기 미분 신호를 문턱 전압과 비교하여 비교 신호를 생성하는 단계; 데이터 신호의 과거 값에 따라 상기 비교 신호의 레벨을 조절하여 등화 신호를 생성하는 단계; 및 등화 신호를 샘플링하여 데이터 신호를 생성하는 단계를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 의한 미분 수신기와 신호 수신 방법은 신호를 미분하고 히스테리시스 비교를 한 후 샘플링을 수행함으로써 반사 신호로 인한 오류를 제거할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의한 미분 수신기와 신호 수신 방법은 출력 데이터의 과거값을 이용하여 히스테리시스 비교 결과를 조절함으로써 심볼간 간섭을 제거할 수 있다.

도 1은 내부 채널을 포함하는 반도체 장치를 나타낸 블록도.
도 2는 내부 채널을 통해 수신기에 전달되는 신호를 나타내는 그래프.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 미분 수신기의 블록도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 미분기와 히스테리시스 비교기의 동작을 나타내는 파형도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 패턴 탐지 등화기의 블록도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 천이 탐지기의 동작을 설명하는 설명도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 전압 조정 회로의 동작을 나타내는 파형도.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 의한 패턴 탐지 등화기의 블록도.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 개시한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 미분 수신기(1000)를 나타내는 블록도이다.

본 발명의 일 실시예에 의한 미분 수신기(1000)는 입력 신호를 미분하여 출력하는 미분기(100), 미분기(100)의 출력을 비교하되 히스테리시스 특성을 갖는 히스테리시스 비교기(200), 히스테리시스 비교기(200)의 출력에 대해서 등화 동작을 수행하는 패턴 탐지 등화기(300)를 포함한다.

미분기(100)는 입력단과 출력단 사이에 연결된 커패시터(C)와 출력단과 공통 전압단(VCOM) 사이에 연결된 저항(R)을 포함할 수 있으며 입력 신호(IN)를 미분한 미분 신호(IN')를 출력한다.

미분 수신기(1000)는 채널로부터 입력된 신호에 대해서 등화 동작을 수행하는 등화기(400)를 더 포함할 수 있다. 이때 등화기(400)는 연속 시간 선형 등화기(Continuous Time Linear Equalizer, CTLE)이다.

미분 수신기(1000)는 미분기(100)에서 출력된 미분 신호(IN')를 증폭하여 증폭 미분 신호(IN'_A)를 출력하고 이를 히스테리시스 비교기(200)에 제공하는 증폭기(500)를 더 포함할 수 있다.

이하에서는 미분기(100)에서 출력된 것인지 증폭기(500)에서 출력된 것인지를 구분하지 않고 히스테리시스 비교기(200)의 입력단에 제공되는 신호를 미분 신호(IN')로 지칭한다.

히스테리시스 비교기(200)는 미분 신호(IN')를 문턱 전압과 비교하여 비교 신호(VH)를 출력한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 미분기(100)와 히스테리시스 비교기(200)의 동작을 나타내는 파형도이다.

본 실시예에서 미분기(100)에 입력되는 입력 신호(IN)는 도 1, 2에서 설명한 바와 같은 이유로 반사파가 혼합된 신호이다.

*즉, 데이터가 하이 레벨에서 로우 레벨로 천이하고 또는 로우 레벨에서 하이 레벨로 천이하고 나서 일정 시간(2T_ICH) 이후에 반사파로 인하여 한번 더 천이하는 계단식 파형이 발생한다.

전술한 바와 같이 미분 신호(IN')는 미분기(100)의 출력 신호 또는 증폭기(500)의 출력 신호로서 히스테리시스 비교기(200)에 입력되는 신호이다.

입력 신호(IN)를 미분하면 반사파로 인하여 천이할 때마다 미분 신호(IN')에 두 개의 피크가 발생한다.

예를 들어 입력 신호(IN)가 하이 레벨에서 로우 레벨로 천이하는 경우 미분 신호(IN')에는 두 개의 하향 피크가 발생하고, 입력 신호(IN)가 로우 레벨에서 하이 레벨로 천이하는 경우 미분 신호(IN')에는 두 개의 상향 피크가 발생한다.

히스테리시스 비교기(200)는 미분 신호(IN')가 하향 문턱전압(VTHDN)보다 낮아지면 로우 레벨의 비교 신호(VH)를 출력하고, 미분 신호(IN')가 상향 문턱전압(VTHUP)보다 높아지면 하이 레벨의 비교 신호(VH)를 출력한다. 미분 신호(IN')가 상향 문턱전압(VTHUP)과 하향 문턱전압(VTHDN) 사이에 존재하는 경우 히스테리시스 비교기(200)는 현재의 출력을 그대로 유지한다.

이에 따라 입력 신호(IN)에 포함된 반사 신호로 인하여 미분 신호(IN')에 두 개의 피크가 발생하더라도 비교 신호(VH)의 출력은 T0, T1, T2, T3, T4에서만 천이하고, T01, T11, T21, T31, T41 등에서는 천이하지 않는다.

입력 신호(IN)는 심볼간 간섭(ISI: Inter Symbol Interference)으로 인하여 천이 시간이 달라질 수 있다.

도 4에서 직전에 신호의 천이가 없었던 경우에는 신호의 천이 속도에 변화가 없다.

도 4에서 (a), (c)의 경우와 같이 직전에 발생한 신호의 상승 천이로 인하여 신호의 하강 속도가 저하되고, (b)의 경우와 같이 직전에 발생한 신호의 하강 천이로 인하여 신호의 상승 속도가 저하된다.

이에 따라 해당 구간에서 미분 신호(IN')의 피크 값은 다른 경우에 비하여 감소하게 되고 (a), (b), (c) 구간에 대응하는 비교 신호(VH)는 ISI 영향으로 다소 늦게 천이하게 된다.

도 4의 비교 신호(VH) 파형에서 점선으로 표시한 부분은 ISI의 영향을 받지 않는 경우에 대응하고, 실선으로 표시한 부분은 ISI의 영향을 받아 천이 시간이 지연되는 모습을 나타낸다.

패턴 탐지 등화기(300)는 ISI 영향을 제거하여 신호의 천이 시간을 조정한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 패턴 탐지 등화기(300)의 블록도이다.

본 실시예에서 패턴 탐지 등화기(300)는 전압 조정 회로(310), 샘플러(320), 래치(330), 천이 탐지기(340), 및 다수의 플립플롭(351, 352)을 포함한다.

전압 조정 회로(310)는 등화 제어 신호(H)에 따라 비교 신호(VH)의 전압 레벨을 조절하여 등화 신호(VHE)를 출력한다.

샘플러(320)는 등화 신호(VHE)를 클록 신호(CLK)에 따라 샘플링한다.

본 실시예에서 샘플러(320)는 클록 신호(CLK)의 상향 에지에서 등화 신호(VHE)를 샘플링한다.

래치(330)는 샘플러(320)의 출력을 래치하여 데이터 신호(D[0])를 출력한다.

래치(330)에서 출력되는 데이터 신호(D[0])는 데이터의 현재값으로 지칭할 수 있다.

본 실시예에서 다수의 플립플롭(351, 352)은 데이터 신호(D[-1])를 출력하는 제 1 플립플롭(351)과 데이터 신호(D[-2])를 출력하는 제 2 플립플롭(352)을 포함한다.

데이터 신호(D[-1])는 첫 번째 과거값, 데이터 신호(D[-2])는 두 번째 과거값으로 지칭할 수 있다.

본 실시예에서 천이 탐지기(340)는 데이터 신호의 과거값을 참조하여 등화 제어 신호(H)를 출력한다.

도 6은 천이 탐지기(340)의 동작을 나타내는 파형도와 테이블이다.

샘플러(320)는 클록 신호(CLK)의 상향 에지에서 등화 신호(VHE)를 샘플링한다.

천이 탐지기(350)는 t-2에서 샘플링된 두 번째 과거값과 t-1에서 샘플링된 첫번째 과거값으로부터 등화 제어 신호(H)를 출력한다.

테이블에 도시된 바와 같이 천이 탐지기(350)는 첫 번째 과거값과 두 번째 과거값이 모두 0이거나 1인 경우 과거에 천이가 없었던 것으로 보아 등화 제어 신호(H)로서 0을 출력한다.

천이 탐지기(350)는 두 번째 과거값이 0이고 첫 번째 과거값이 1인 경우 음의 등화 제어 신호(H)를 출력한다. 이는 t 이전에 입력 신호(IN')에 상향의 천이가 존재함을 표시한다.

천이 탐지기(350)는 두 번째 과거값이 1이고 첫 번째 과거값이 0인 경우 양의 등화 제어 신호(H)를 출력한다. 이는 t 이전에 입력 신호(IN')에 하향의 천이가 존재함을 표시한다.

도 7은 비교 신호(VH)와 등화 신호(VHE)를 비교하여 나타낸 파형도이다.

도 4를 참조하여 설명한 바와 같이 비교 신호(VH)는 T2, T4에서 로우 레벨로 천이하고, T3에서 하이 레벨로 천이한다.

본 실시예에서 등화 제어 신호(H)가 0 경우 전압 조정 회로(310)는 비교 신호(VH)를 그대로 출력하고, T3에서와 같이 등화 제어 신호(H)가 양인 경우 전압 조정 회로(310)는 비교 신호(VH)의 레벨을 상승시켜 등화 신호(VHE)를 출력하며, T2 및 T4에서와 같이 등화 제어 신호(H)가 음인 경우 전압 조정 회로(310)는 비교 신호(VH)의 레벨을 감소시켜 등화 신호(VHE)를 출력한다.

이에 따라 등화 신호(VHE)가 샘플러(320)의 중간 전압(V_MP)을 통과하는 시점이 T3'에서 T3으로 앞당겨지고, 등화 신호(VHE)가 샘플러(320)의 중간 전압(V_MP)을 통과하는 시점이 T2', T4'에서 T2, T4로 앞당겨진다.

이를 통해 도 4에서 표시된 ISI의 영향이 제거된 등화 신호(VHE)가 생성되어 샘플러를 통과한 데이터 신호(D[0])에 오류가 제거될 수 있다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 의한 패턴 탐지 등화기(300-1)를 나타내는 블록도이다.

도 8의 실시예는 4 상 클록 신호(CLK0, CLK90, CLK180, CLK270)를 이용하여 클록 신호(CLK) 한주기 동안 4번 샘플링하는 패턴 탐지 등화기(300-1)이다.

즉 도 8의 실시예는 도 5의 실시예에 비하여 4배의 주파수로 샘플링할 수 있다.

도 8의 실시예는 클록 신호의 각 위상에 대응하는 전압 조정 회로(311 ~ 314), 샘플러(321 ~ 324), 래치(331 ~ 334) 및 천이 탐지기(341 ~ 344)를 포함하는 점을 제외하고 도 5의 실시예와 실질적으로 동일하므로 구체적인 설명은 생략한다.

도 8의 실시예에서 다위상 클록 신호의 각 위상에 대응하여 데이터 신호를 출력하는 회로를 단위 패턴 탐지 등화기로 지칭할 수 있다.

예를 들어 전압 조정 회로(311), 샘플러(321), 래치(331) 및 천이 탐지기(341)를 포함하여 데이터 신호(D0)를 제공하는 회로를 단위 패턴 탐지 등화기로 지칭할 수 있다.

도 8의 실시예에서는 데이터의 과거값을 저장하기 위한 별도의 플립플롭을 포함하지 않는다.

왜냐하면, 예를 들어 4번째 위상에 대응하는 천이 탐지기(344)를 기준으로 보면 데이터의 첫 번째 과거값은 D180에 대응하고 두 번째 과거값은 D90에 대응하기 때문에 별도의 플립플롭을 필요로 하지 않는다.

나머지 위상에 대응하는 천이 탐지기들 역시 유사한 방식으로 데이터의 과거값을 이용할 수 있기 때문에 별도의 플립플롭을 필요로 하지 않는다.

본 발명의 권리범위는 이상의 개시로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 권리범위는 청구범위에 문언적으로 기재된 범위와 그 균등범위를 기준으로 해석되어야 한다.

1: 반도체 칩 2: 외부 채널
10, 20: 디램 다이 11, 21: 내부 채널
12, 22: 수신기
1000: 미분 수신기 100: 미분기
200: 히스테리시스 비교기 300: 패턴 탐지 등화기
400: 등화기 500: 증폭기
310 ~ 314: 전압 조정 회로 320 ~ 324: 샘플러
330 ~ 334: 래치 340 ~ 344: 천이 탐지기
351: 제 1 플립플롭 352: 제 2 플립플롭

Claims

입력 신호를 미분하는 미분기;
상기 미분기로부터 제공되는 미분 신호를 문턱전압과 비교하여 비교 신호를 출력하는 히스테리시스 비교기; 및
상기 비교 신호의 레벨을 조절한 등화 신호를 클록 신호에 따라 샘플링하여 데이터 신호를 제공하는 패턴 탐지 등화기
를 포함하되, 상기 비교 신호의 레벨은 상기 데이터 신호의 과거값을 참조하여 조절되는 미분 수신기.
청구항 1에 있어서, 채널로부터 제공된 신호를 등화하여 상기 입력 신호로 제공하는 등화기를 더 포함하는 미분 수신기.
청구항 1에 있어서, 상기 미분기의 출력을 증폭하여 상기 미분 신호를 제공하는 증폭기를 더 포함하는 미분 수신기.
청구항 1에 있어서, 상기 패턴 탐지 등화기는
등화 제어 신호에 따라 상기 비교 신호의 레벨을 조절하여 상기 등화 신호를 제공하는 전압 조정 회로;
상기 클록 신호에 따라 상기 등화 신호를 샘플링하는 샘플러; 및
상기 샘플러에서 제공되는 상기 데이터 신호의 과거값으로부터 상기 등화 제어 신호를 출력하는 천이 탐지기
를 포함하는 미분 수신기.
청구항 4에 있어서, 상기 샘플러의 출력을 래치하여 상기 데이터 신호를 제공하는 래치를 더 포함하는 미분 수신기.
청구항 4에 있어서, 상기 데이터 신호를 상기 클록 신호에 따라 래치하여 상기 데이터 신호의 과거값을 제공하는 적어도 하나의 플립플롭을 더 포함하는 미분수신기.
청구항 4에 있어서, 상기 천이 탐지기는 상기 데이터 신호의 과거값으로부터 상기 샘플러에서 샘플링을 하기 이전에 천이가 존재하는지 탐지하고 천이가 존재하면 상기 비교 신호의 레벨이 증가되거나 감소되도록 제어하는 상기 등화 제어 신호를 출력하는 미분 수신기.
청구항 7에 있어서, 상기 천이 탐지기는 이전에 로우 레벨에서 하이 레벨로의 천이가 존재한 것을 탐지한 경우 상기 비교 신호의 레벨이 감소되도록 제어하는 상기 등화 제어 신호를 출력하고, 이전에 하이 레벨에서 로우 레벨로의 천이가 존재한 것을 탐지한 경우 상기 비교 신호의 레벨이 증가하도록 제어하는 상기 등화 제어 신호를 출력하는 미분 수신기.
청구항 1에 있어서, 상기 클록 신호는 다위상 클록 신호이고
상기 패턴 탐지 등화기는 상기 다위상 클록 신호에 대응하는 다수의 단위 패턴 탐지 등화기를 포함하는 미분 수신기.
청구항 9에 있어서, 상기 단위 패턴 탐지 등화기는
등화 제어 신호에 따라 상기 비교 신호의 레벨을 조절하여 상기 등화 신호를 제공하는 전압 조정 회로;
상기 다위상 클록 신호 중 어느 하나에 따라 상기 등화 신호를 샘플링하는 샘플러; 및
상기 샘플러에서 제공되는 데이터 신호의 과거값으로부터 상기 등화 제어 신호를 출력하는 천이 탐지기
를 포함하는 미분 수신기.
청구항 10 있어서, 상기 샘플러의 출력을 래치하여 상기 데이터 신호를 제공하는 래치를 더 포함하는 미분 수신기.
청구항 10에 있어서, 상기 데이터 신호의 과거값은 상기 다위상 클록 신호 중 다른 위상에 대응하는 단위 패턴 탐지 등화기로부터 제공되는 미분 수신기.
입력 신호를 미분하여 미분 신호를 생성하는 단계;
상기 미분 신호를 문턱 전압과 비교하여 비교 신호를 생성하는 단계;
데이터 신호의 과거 값에 따라 상기 비교 신호의 레벨을 조절하여 등화 신호를 생성하는 단계; 및
상기 등화 신호를 샘플링하여 상기 데이터 신호를 생성하는 단계
를 포함하는 신호 수신 방법.
청구항 13에 있어서,
채널을 통해 제공된 신호를 등화하여 상기 입력 신호를 생성하는 단계를 더 포함하는 신호 수신 방법.
청구항 13에 있어서,
상기 데이터 신호의 상기 과거값에 따라 등화 제어 신호를 생성하는 단계;
상기 등화 제어 신호에 따라 상기 비교 신호의 레벨을 조절하여 상기 등화 신호를 생성하는 단계; 및
클록 신호에 따라 상기 등화 신호를 샘플링하여 상기 데이터 신호를 생성하는 단계를 더 포함하는 신호 수신 방법.
청구항 15에 있어서, 상기 등화 신호를 생성하는 단계는 상기 비교 신호와 상기 등화 제어 신호를 더하는 단계를 포함하는 신호 수신 방법.