KR102747783B1 - Clock Data Recovery Device and Operation Method for Receiver of Wireless Optical Communication - Google Patents
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Abstract
본 발명은 무선 광통신용 수신기의 클럭 데이터 복원 장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따르면 입력 전류를 전압으로 변환하고, 단일 아날로그 신호를 차동 아날로그 신호로 변환하는 증폭부, 상기 차동 아날로그 신호의 ISI(Inter Symbol Interference)를 제거하여 데이터 신호를 생성하는 아날로그 등화기 및 상기 데이터 신호를 샘플링하고, 상기 데이터 신호의 클럭 및 데이터를 복원하여 복원 데이터 신호를 출력하는 클럭 데이터 복원부를 포함하되, 상기 클럭 데이터 복원부는, 상기 데이터 신호의 위상에 대응되는 클럭 신호의 상승 에지의 위치를 기초로 하여 클럭 및 데이터를 복원하는 무선 광통신용 수신기의 클럭 데이터 복원 장치를 제공한다.The present invention relates to a clock data recovery device for a wireless optical communication receiver. According to the present invention, the clock data recovery device includes: an amplifier which converts an input current into a voltage and converts a single analog signal into a differential analog signal; an analog equalizer which generates a data signal by removing ISI (Inter Symbol Interference) of the differential analog signal; and a clock data recovery device which samples the data signal, recovers the clock and data of the data signal, and outputs a recovered data signal, wherein the clock data recovery device recovers the clock and data based on the position of the rising edge of the clock signal corresponding to the phase of the data signal.
Description
본 발명은 파장 분할 다중화(Wavelength Division Multiplexing, WDM) 환경에서의 무선 광통신용 수신기에 대한 클럭 데이터 복원 장치 및 그 동작 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a clock data recovery device and an operating method thereof for a wireless optical communication receiver in a wavelength division multiplexing (WDM) environment.
파장 분할 다중화(Wavelength Division Multiplexing, 이하 WDM)은 한 광학 도파관에 두 개 이상의 광학적 파장에 의해 구별되는 채널을 할당하는 광 전송 시스템이다. 구체적으로, WDM 방식의 무선 통신은 2개 이상의 유선 송신기(TXE)는 RF신호를 출력한다. 전기적 신호인 상기 RF 신호는 다수의 모듈레이터(예를 들어, Mach-Zehnder Modulator, MZM)로 전송되어 광신호로 변환된다. 이때 생성된 서로 다른 파장을 가지는 2개 이상의 광신호는 PMOC(Polarization Maintaining Optical Coupler)를 통해 하나의 신호로 합쳐지므로, 하나의 채널을 통해 2개 이상의 광신호가 송신된다.Wavelength Division Multiplexing (WDM) is an optical transmission system that assigns two or more channels distinguished by optical wavelengths to one optical waveguide. Specifically, in WDM wireless communication, two or more wired transmitters (TX E ) output RF signals. The RF signals, which are electrical signals, are transmitted to a plurality of modulators (e.g., Mach-Zehnder Modulators, MZMs) and converted into optical signals. At this time, two or more optical signals having different wavelengths are combined into one signal through a PMOC (Polarization Maintaining Optical Coupler), so that two or more optical signals are transmitted through one channel.
그리고 상기 2개 이상의 광신호는 EDFA(Erbium-Doped Fiber Amplifiers) 장비에 의해 증폭된 후에 무선 채널을 통해 무선 수신기(RX)로 전달된다. 그 다음 WDM 디멀티플렉서(Demux)에 의해 상기 무선 수신기에 전달된 2개 이상의 광신호에서 서로 다른 특정 파장의 광신호가 분리된다. 여기에서, WDM 디멀티플렉서는 빛의 파장이 각기 다른 굴절률을 가진다는 점을 이용하여 다중 파장에서 특정 파장의 광신호를 분리한다. And the above two or more optical signals are amplified by EDFA (Erbium-Doped Fiber Amplifiers) equipment and then transmitted to a wireless receiver (R X ) through a wireless channel. Then, optical signals of different specific wavelengths are separated from the two or more optical signals transmitted to the wireless receiver by a WDM demultiplexer (Demux). Here, the WDM demultiplexer separates an optical signal of a specific wavelength from multiple wavelengths by utilizing the fact that each wavelength of light has a different refractive index.
그 다음 변조된 데이터를 추출하기 위하여, 분리된 광신호는 광 검출기(Photo Detector, PD)에 의해 전기적 신호로 변환된다. 그리고 전기적 신호로 변환된 데이터는 유선 수신기(RXE)를 통해 아날로그 신호에서 디지털 신호로 변환된다.Then, in order to extract the modulated data, the separated optical signal is converted into an electrical signal by a photo detector (PD). Then, the data converted into an electrical signal is converted from an analog signal to a digital signal through a wired receiver (RX E ).
여기에서, 변환된 전기적 신호는 각각의 파장에 따라 달라지는 광선의 경로로 인해 일정하지 않은 데이터 위상을 가진다. 불안정한 데이터 위상을 가지는 전기적 신호는 유선 수신기에서 최상의 샘플링 전압 마진을 보장할 수 없다는 문제가 있다.Here, the converted electrical signal has an unstable data phase due to the path of the light that varies depending on each wavelength. An electrical signal with an unstable data phase has the problem that it cannot guarantee the best sampling voltage margin in a wired receiver.
다시 말해, 심볼 간 간섭(Inter Symbol Interference; 이하 ISI)의 주요 원인은 RF 신호를 광신호로 변환하는 모듈레이터, 장거리 무선 채널, 광신호를 전기적 신호로 변화하는 광 검출기이다. ISI를 보상하는 경우에, 수신기는 10-12 이하의 비트 오류율(Bit Error Rate, BER)을 가질 수 있다.In other words, the main causes of inter-symbol interference (ISI) are the modulator that converts RF signals into optical signals, the long-distance wireless channel, and the optical detector that changes the optical signals into electrical signals. In the case of compensating for ISI, the receiver can have a bit error rate (BER) of 10-12 or less.
따라서 최상의 샘플링 전압 마진을 보장하기 위하여 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 유선 수신기는 클럭 및 데이터 복원 회로(Clock and Data Recovery, 이하 CDR)가 반드시 필요하다. 다시 말해, 송수신기의 ISI를 보상할 수 있는 고성능 등화기 및 이를 포함하는 수신기가 필요한 실정이다.Therefore, in order to ensure the best sampling voltage margin, a wired receiver that converts an analog signal into a digital signal must have a clock and data recovery circuit (CDR). In other words, a high-performance equalizer capable of compensating for the ISI of a transmitter and receiver and a receiver including the same are required.
본 발명의 무선 광통신용 수신기의 클럭 데이터 복원 장치 및 그 동작 방법을 제공함에 있다The present invention provides a clock data recovery device for a wireless optical communication receiver and an operating method thereof.
본 발명의 일 실시예로, 입력 전류를 전압으로 변환하고, 단일 아날로그 신호(RF)를 차동 아날로그 신호(RF1, RF2)로 변환하는 증폭부, 상기 차동 아날로그 신호의 ISI(Inter Symbol Interference)를 제거하여 데이터 신호(INP, INN)를 생성하는 아날로그 등화기 및 상기 데이터 신호를 샘플링하고, 상기 데이터 신호의 클럭 및 데이터를 복원하여 복원 데이터 신호(RD1, RD2)를 출력하는 클럭 데이터 복원부를 포함하되, 상기 클럭 데이터 복원부는 상기 데이터 신호의 위상에 대응되는 클럭 신호의 상승 에지의 위치에 기초하여 클럭 및 데이터를 복원하는 무선 광통신용 수신기 클럭 데이터 복원 장치를 제공한다.As an embodiment of the present invention, a wireless optical communication receiver clock data recovery device is provided, including: an amplifier for converting an input current into a voltage and converting a single analog signal (RF) into a differential analog signal (RF1, RF2); an analog equalizer for generating data signals (IN P , IN N ) by removing ISI (Inter Symbol Interference) of the differential analog signal; and a clock data recovery unit for sampling the data signal, restoring the clock and data of the data signal, and outputting restored data signals (RD1, RD2), wherein the clock data recovery unit recovers the clock and data based on the position of a rising edge of a clock signal corresponding to a phase of the data signal.
그리고 본 발명의 일 실시예로, 상기 증폭부의 출력 신호인 상기 차동 아날로그 신호(RF1, RF2)를 입력받아 상기 ISI를 제거하는 연속 시간 선형 등화기(Contrinuos Time Linear Equalizer, CTLE), 상기 ISI가 제거된 상기 차동 아날로그 신호가 입력되는 제1 증폭기, 상기 제1 증폭기와 직렬로 연결되어 상기 제1 증폭기의 출력 신호가 입력되고, 피드백 받은 상기 연속 시간 선형 등화기의 출력 신호에 기초하여 상기 데이터 신호(INP, INN)를 출력하는 제2 증폭기, 상기 제1 증폭기의 로우레벨 대역 출력 신호가 입력되는 로우레벨 증폭기 및 상기 로우레벨 증폭기의 출력 신호를 입력받아 상기 연속 시간 선형 등화기의 출력 신호를 피드백하는 이득 제어기(Gain Controller, Gc);를 포함하되, 상기 이득 제어기는 상기 아날로그 등화기의 감쇠 상수(damping factor)를 결정하고, 상기 아날로그 등화기의 주파수 대역폭을 제어하는 상기 아날로그 등화기를 제공한다.And as an embodiment of the present invention, the present invention provides an analog equalizer including a continuous-time linear equalizer (CTLE) which receives the differential analog signal (RF1, RF2) which is an output signal of the amplifier and removes the ISI, a first amplifier into which the differential analog signal with the ISI removed is input, a second amplifier which is connected in series with the first amplifier and has an output signal of the first amplifier input thereto and outputs the data signal (IN P , IN N ) based on the fed-back output signal of the continuous-time linear equalizer, a low-level amplifier into which a low-level band output signal of the first amplifier is input, and a gain controller (Gain Controller, Gc) which receives an output signal of the low-level amplifier and feeds back an output signal of the continuous-time linear equalizer, wherein the gain controller determines a damping factor of the analog equalizer and controls a frequency bandwidth of the analog equalizer.
그리고 본 발명의 일 실시예로, 상기 클럭 신호에 응답하여 상기 데이터 신호를 샘플링하고, 클럭 및 데이터가 복원된 상기 복원 데이터 신호를 출력하는 샘플러, 상기 데이터 신호의 위상에 대응되는 상기 클럭 신호의 상승 에지의 위치에 따라 양단 출력 전압 간의 차이가 발생하는, 복수의 적분기, 상기 복수의 적분기 양단의 출력 전압 간의 차이값에 대한 전압을 전류로 변환하는 전압-전류 컨버터(VI Converter), 변환된 상기 전류에 대응하는 입력 전압에 따라 출력 신호의 주파수를 제어하고, 상기 주파수에 기초하여 상기 클럭 신호를 생성하는 전압 제어 발진기(Voltage Controlled Oscillator, VCO) 및 상기 클럭 신호를 상기 복수의 적분기로 전송하는 버퍼(Buffer);를 포함하는 상기 클럭 데이터 복원부를 제공한다.And as an embodiment of the present invention, the clock data recovery unit including a sampler which samples the data signal in response to the clock signal and outputs the recovered data signal in which the clock and data are recovered, a plurality of integrators which generate a difference between output voltages at both ends according to the position of a rising edge of the clock signal corresponding to the phase of the data signal, a voltage-current converter (VI Converter) which converts a voltage corresponding to a difference value between the output voltages at both ends of the plurality of integrators into a current, a voltage controlled oscillator (VCO) which controls the frequency of an output signal according to an input voltage corresponding to the converted current and generates the clock signal based on the frequency, and a buffer which transmits the clock signal to the plurality of integrators.
또한, 본 발명의 다른 실시예에서는, 증폭부가 입력 전류를 전압으로 변환하고, 단일 아날로그 신호를 차동 아날로그 신호로 변환하는 단계, 아날로그 등화기가 상기 차동 아날로그 신호의 ISI(Inter Symbol Interference)를 제거하여 데이터 신호를 생성하는 단계 및 클럭 데이터 복원부가 상기 데이터 신호를 샘플링하고, 상기 데이터 신호의 클럭 및 데이터를 복원하여 복원 데이터 신호를 출력하는 단계를 포함하되, 상기 클럭 데이터 복원가 상기 데이터 신호의 위상에 대응되는 클럭 신호의 상승 에지의 위치에 기초하여 클럭 및 데이터를 복원하는 단계를 포함하는 무선 광통신용 수신기의 클럭 데이터 복원 장치 동작 방법을 제공한다.In addition, in another embodiment of the present invention, a method for operating a clock data recovery device of a wireless optical communication receiver is provided, including a step of an amplifier converting an input current into a voltage and converting a single analog signal into a differential analog signal, a step of an analog equalizer removing ISI (Inter Symbol Interference) of the differential analog signal to generate a data signal, and a step of a clock data recovery unit sampling the data signal, recovering the clock and data of the data signal, and outputting a recovered data signal, wherein the clock data recovery unit recovers the clock and data based on a position of a rising edge of the clock signal corresponding to a phase of the data signal.
그리고 본 발명의 다른 실시예에서는, 상기 아날로그 등화기가 상기 차동 아날로그 신호의 ISI를 제거하여 상기 데이터 신호를 생성하는 단계는, 연속 시간 선형 등화기(Contrinuos Time Linear Equalizer, CTLE)가 상기 증폭부의 출력 신호인 상기 차동 아날로그 신호를 입력받아 상기 ISI를 제거하는 단계, 제1 증폭기에 상기 ISI가 제거된 상기 차동 아날로그 신호가 입력되는 단계, 상기 제1 증폭기와 직렬로 연결된 제2 증폭기에 상기 제1 증폭기의 출력 신호가 입력되는 단계, 로우레벨 증폭기에 상기 제1 증폭기의 로우레벨 대역 출력 신호가 입력되는 단계, 이득 제어기(Gain Controller, Gc)가 상기 로우레벨 증폭기의 출력 신호를 입력받아 상기 연속 시간 선형 등화기의 출력 신호를 피드백하는 단계 및 상기 제2 증폭기가 피드백 받은 상기 연속 시간 선형 등화기의 출력 신호에 기초하여 상기 데이터 신호를 출력하는 단계를 포함할 수 있고, 상기 이득 제어기는 상기 아날로그 등화기의 감쇠 상수(damping factor)를 결정하고, 상기 아날로그 등화기의 주파수 대역폭을 제어할 수 있다.In another embodiment of the present invention, the step of removing ISI of the differential analog signal by the analog equalizer to generate the data signal may include the step of a continuous-time linear equalizer (CTLE) receiving the differential analog signal, which is an output signal of the amplifier, and removing the ISI, the step of inputting the differential analog signal with the ISI removed to a first amplifier, the step of inputting the output signal of the first amplifier to a second amplifier connected in series with the first amplifier, the step of inputting a low-level band output signal of the first amplifier to a low-level amplifier, the step of a gain controller (Gc) receiving the output signal of the low-level amplifier and feeding back the output signal of the continuous-time linear equalizer, and the step of the second amplifier outputting the data signal based on the fed-back output signal of the continuous-time linear equalizer, wherein the gain controller determines a damping factor of the analog equalizer and controls a frequency bandwidth of the analog equalizer.
그리고 본 발명의 다른 실시예에서는, 상기 클럭 데이터 복원부가 상기 데이터 신호의 클럭 및 데이터를 복원하여 상기 복원 데이터 신호를 출력하는 단계는, 샘플러가 상기 클럭 신호에 응답하여 상기 데이터 신호를 샘플링하는 단계, 상기 데이터 신호의 위상에 대응되는 상기 클럭 신호의 상승 에지의 위치에 따라 복수의 적분기 양단의 출력 전압 간의 차이가 발생되는 단계, 전압-전류 컨버터(VI Converter)가 상기 복수의 적분기 양단의 출력 전압 간의 차이값에 대한 전압을 전류로 변환하는 단계, 전압 제어 발진기(Voltage Controlled Oscillator, VCO)가 변환된 상기 전류에 대응하는 입력 전압에 따라 출력 신호의 주파수를 제어하고, 상기 주파수에 기초하여 상기 클럭 신호를 생성하는 단계, 버퍼가 상기 클럭 신호를 상기 복수의 적분기에 입력하는 단계 및 상기 샘플러가 상기 복수의 적분기에서 입력받은 상기 클럭 신호에 기초하여 클럭 및 데이터가 복원된 상기 복원 데이터 신호를 출력하는 단계를 포함할 수 있다.In another embodiment of the present invention, the step of the clock data recovery unit restoring the clock and data of the data signal and outputting the restored data signal may include the step of a sampler sampling the data signal in response to the clock signal, the step of generating a difference between the output voltages of a plurality of integrators according to the position of a rising edge of the clock signal corresponding to the phase of the data signal, the step of a voltage-current converter (VI Converter) converting a voltage corresponding to the difference between the output voltages of the plurality of integrators into a current, the step of a voltage controlled oscillator (VCO) controlling the frequency of an output signal according to an input voltage corresponding to the converted current and generating the clock signal based on the frequency, the step of a buffer inputting the clock signal to the plurality of integrators, and the step of the sampler outputting the restored data signal in which the clock and data are restored based on the clock signals received from the plurality of integrators.
본 발명의 실시예인 무선 광통신용 수신기의 클럭 데이터 복원 장치 및 동작 방법은 파장 분할 다중화 환경에서 발생하는 ISI를 보상할 수 있다.A clock data recovery device and an operating method of a wireless optical communication receiver, which are embodiments of the present invention, can compensate for ISI occurring in a wavelength division multiplexing environment.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무선 광통신용 수신기 클럭 데이터 복원 장치(10)의 구성블럭도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 증폭부(100)의 회로 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 아날로그 등화기(200)의 회로 구성도이다.
도 4a는 아날로그 등화기(200)의 연속 시간 선형 등화기(210)에 대한 회로도의 예시이고, 도 4b는 연속 시간 선형 등화기(210) 회로의 전달함수의 주파수에 따른 이득에 대한 그래프이고, 도 4c는 아날로그 등화기(200)의 증폭기(220, 230, 240)에 대한 회로도의 예시이고, 도 4d는 아날로그 등화기(200)의 이득 제어기(250)에 대한 회로도의 예시이다.
도 5은 본 발명의 일 실시예에 따른 클럭 데이터 복원부(300)의 회로 구성도이다.
도 6은 클럭 데이터 복원부(300)의 적분기(320)에 대한 회로도의 예시이다.
도 7a는 내지 도 7c는 디지털 신호의 위상을 기준으로 클럭 신호의 상승 에지 위치(중앙, 왼쪽, 오른쪽)에 따른 복수의 적분기(320) 양단의 출력 전압에 대한 예시이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 클럭 데이터 복원부(300)의 회로 구성도이다.
도 9a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 클럭 데이터 복원부(300)의 회로도의 예시이고, 도 9b는 클럭 데이터 복원부(300)의 SR 래치(312)의 출력 전압에 따른 인에이블 신호(EN)에 대한 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 클럭 데이터 복원부(300)의 유무에 따른 무선 광통신용 수신기에 대한 출력 전압 실험 데이터이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 광통신용 수신기의 클럭 데이터 복원 장치(10) 동작 방법에 대한 순서도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 아날로그 등화기(200)의 동작 방법에 대한 순서도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 클럭 데이터 복원부(300)의 동작 방법에 대한 순서도이다.Figure 1 is a block diagram of a wireless optical communication receiver clock data recovery device (10) according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a circuit diagram of an amplifier (100) according to one embodiment of the present invention.
Figure 3 is a circuit diagram of an analog equalizer (200) according to one embodiment of the present invention.
FIG. 4a is an example of a circuit diagram for a continuous-time linear equalizer (210) of an analog equalizer (200), FIG. 4b is a graph of a gain according to a frequency of a transfer function of a continuous-time linear equalizer (210) circuit, FIG. 4c is an example of a circuit diagram for an amplifier (220, 230, 240) of an analog equalizer (200), and FIG. 4d is an example of a circuit diagram for a gain controller (250) of an analog equalizer (200).
Figure 5 is a circuit diagram of a clock data recovery unit (300) according to one embodiment of the present invention.
Fig. 6 is an example of a circuit diagram for an integrator (320) of a clock data recovery unit (300).
FIGS. 7A to 7C are examples of output voltages across multiple integrators (320) according to the rising edge position (center, left, right) of the clock signal based on the phase of the digital signal.
Figure 8 is a circuit diagram of a clock data recovery unit (300) according to another embodiment of the present invention.
FIG. 9a is an example of a circuit diagram of a clock data recovery unit (300) according to another embodiment of the present invention, and FIG. 9b is a graph of an enable signal (EN) according to an output voltage of an SR latch (312) of the clock data recovery unit (300).
Figure 10 is an output voltage experimental data for a wireless optical communication receiver depending on the presence or absence of a clock data recovery unit (300) according to one embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a flowchart of an operation method of a clock data recovery device (10) of a wireless optical communication receiver according to one embodiment of the present invention.
Figure 12 is a flowchart of an operation method of an analog equalizer (200) according to one embodiment of the present invention.
Figure 13 is a flowchart of an operation method of a clock data recovery unit (300) according to one embodiment of the present invention.
이하에서는 본 발명의 기술사상을 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 실시 예들이 첨부된 도면을 참조하여 설명될 것이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the attached drawings in order to explain the technical idea of the present invention in detail to a level where a person having ordinary skill in the art can easily implement the present invention.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무선 광통신용 수신기의 클럭 데이터 복원 장치(10)의 구성블럭도이다.Figure 1 is a block diagram of a clock data recovery device (10) of a wireless optical communication receiver according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 무선 광통신용 수신기의 클럭 데이터 복원 장치(10)는 증폭부(100), 아날로그 등화기(200) 및 클럭 데이터 복원부(300)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, a clock data recovery device (10) of a wireless optical communication receiver may include an amplifier (100), an analog equalizer (200), and a clock data recovery unit (300).
증폭부(100)는 입력 전류를 전압으로 변환할 수 있고, 단일 아날로그 신호(RF)를 차동 아날로그 신호(RF1, RF2)로 변환할 수 있다. 구체적인 설명은 도 2를 참조하여 설명하기로 한다. 여기에서 차동 아날로그 신호(RF1, RF2)는 ISI가 포함될 수 있고, 차동 아날로그 신호(RF1, RF2)는 ISI를 제거하기 위해 아날로그 등화기(200)로 전송될 수 있다.The amplifier (100) can convert input current into voltage and can convert a single analog signal (RF) into a differential analog signal (RF1, RF2). A detailed description will be given with reference to Fig. 2. Here, the differential analog signal (RF1, RF2) may include ISI, and the differential analog signal (RF1, RF2) may be transmitted to an analog equalizer (200) to remove the ISI.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 증폭부(100)의 회로 구성도이다.Figure 2 is a circuit diagram of an amplifier (100) according to one embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 증폭부(100)는 트랜스임피던스(Trans-impedence, 110) 증폭기 및 단일-차동(S2D, Single-to-Differential, 120) 증폭기를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, the amplifier unit (100) may include a trans-impedance (110) amplifier and a single-to-differential (S2D, Single-to-Differential, 120) amplifier.
트랜스임피던스 증폭기(110)는 광 검출기(1)의 출력 전류(IPD)인 상기 입력 전류를 전압(VIN)으로 변환할 수 있다. The transimpedance amplifier (110) can convert the input current, which is the output current (I PD ) of the photodetector (1), into a voltage (V IN ).
트랜스임피던스 증폭기(110)와 직렬로 연결된 단일-차동 증폭기(S2D, 120)는 트랜스임피던스의 출력 신호인 상기 단일 아날로그 신호(VIN)를 차동 아날로그 신호(RF1, RF2)로 변환할 수 있다.A single-differential amplifier (S2D, 120) connected in series with a transimpedance amplifier (110) can convert the single analog signal (V IN ), which is an output signal of the transimpedance, into a differential analog signal (RF1, RF2).
도 2에 도시된 바와 같이, 증폭부(100)는 수신 신호에 따라 상술한 증폭기들 이외에 다양한 종류의 증폭기를 추가적으로 더 포함할 수 있다.As illustrated in FIG. 2, the amplifier (100) may additionally include various types of amplifiers in addition to the amplifiers described above, depending on the received signal.
아날로그 등화기(200)는 차동 아날로그 신호(RF1, RF2)의 ISI(Inter Symbol Interference)를 제거하여 데이터 신호(INP, INN)를 생성할 수 있다. 구체적인 설명은 도 3을 참조하여 설명하기로 한다.An analog equalizer (200) can generate data signals (IN P , IN N ) by removing ISI (Inter Symbol Interference) of differential analog signals (RF1, RF2). A detailed description will be provided with reference to FIG. 3.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 아날로그 등화기(200)의 회로 구성도이다.Figure 3 is a circuit diagram of an analog equalizer (200) according to one embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 아날로그 등화기(200)는 연속 시간 선형 등화기(Contrinuos Time Linear Equalizer, CTLE, 210), 제1 증폭기(AMP1, 220), 제2 증폭기(AMP2, 230), 로우레벨 증폭기(AMPLBW, 240) 및 이득 제어기(250)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3, the analog equalizer (200) may include a continuous time linear equalizer (CTLE, 210), a first amplifier (AMP1, 220), a second amplifier (AMP2, 230), a low level amplifier (AMP LBW , 240), and a gain controller (250).
여기에서, 아날로그 등화기(200)의 전달함수에 따른 이득(gain)은 하기의 수학식1 과 같다.Here, the gain according to the transfer function of the analog equalizer (200) is as shown in the following mathematical expression 1.
HIN(s)는 입력 전달함수, HOUT(s)는 출력 전달함수, HC(s)는 연속 시간 선형 등화기(210)의 전달함수, Gc는 이득 제어기(250)의 제어 이득값, HH(s)는 제1 및 제2 증폭기(220, 230)의 전달함수, HL(s)은 로우레벨 증폭기(240)의 전달함수이다.H IN (s) is an input transfer function, H OUT (s) is an output transfer function, H C (s) is a transfer function of a continuous-time linear equalizer (210), Gc is a control gain value of a gain controller (250), H H (s) is a transfer function of the first and second amplifiers (220, 230), and H L (s) is a transfer function of a low-level amplifier (240).
여기에서, 아날로그 등화기(200)의 제어 이득값 Gc이 증가하면, 아날로그 등화기(200)가 2차 복소 시스템과 동일하게 동작하여 복소 극점을 발생시키고 제동비(damping ratio)를 0에 가까워지게 한다. 따라서 최종적으로 아날로그 등화기(200)의 이득과 제동비가 감소하면서 시스템이 불안정해지지만 아날로그 등화기(200)의 심볼 간 간섭 제거 성능이 향상될 수 있다.Here, when the control gain value Gc of the analog equalizer (200) increases, the analog equalizer (200) operates in the same manner as a second-order complex system, generating a complex pole and making the damping ratio approach 0. Therefore, the system becomes unstable as the gain and damping ratio of the analog equalizer (200) ultimately decrease, but the inter-symbol interference removal performance of the analog equalizer (200) can be improved.
도 4a는 아날로그 등화기(200)의 연속 시간 선형 등화기(CTLE, 210)에 대한 회로도의 예시이다.FIG. 4a is an example of a circuit diagram for a continuous-time linear equalizer (CTLE, 210) of an analog equalizer (200).
도 4a를 참조하면, 연속 시간 선형 등화기(210)는 증폭부(100)의 출력 신호인 상기 차동 아날로그 신호(RF1, RF2)를 입력받아 상기 ISI를 제거할 수 있다.Referring to FIG. 4a, a continuous-time linear equalizer (210) can receive the differential analog signal (RF1, RF2), which is an output signal of an amplifier (100), and remove the ISI.
연속 시간 선형 등화기(210)는 3개의 저항(2개의 RD, 1개의 RS), 캐패시터(CS), 2개의 모스펫(N1, N2)으로 구성될 수 있다. 구체적으로, 캐패시터 CS와 저항 RS가 병렬 연결되며, 캐패시터 CS 및 저항 RS 각 양단에 2 개의 모스펫(N1, N2)이 병렬 연결될 수 있다. 그리고 직렬 연결된 모스펫(N1, N2) 사이에 직렬 연결된 2 개의 저항 RD가 연결될 수 있다.A continuous-time linear equalizer (210) may be composed of three resistors (two R D , one R S ), a capacitor (C S ), and two MOSFETs (N 1 , N 2 ). Specifically, the capacitor C S and the resistor R S may be connected in parallel, and two MOSFETs (N 1 , N 2 ) may be connected in parallel to each end of the capacitor C S and the resistor R S . In addition, two resistors R D connected in series may be connected between the series-connected MOSFETs (N 1 , N 2 ).
여기에서 연속 시간 선형 등화기(210) 회로의 전달함수는 수학식 2와 같다.Here, the transfer function of the continuous-time linear equalizer (210) circuit is as shown in
여기에서, gm1,2는 모스펫(N1, N2)의 트랜스 컨덕턴스 (Transconductance, gm)이며 CL은 연속 시간 선형 등화기(210)의 로드 캐패시터(CL)이다. Here, g m1,2 is the transconductance (gm) of the MOSFET (N 1 , N 2 ) and C L is the load capacitor (C L ) of the continuous-time linear equalizer (210).
도 4b는 연속 시간 선형 등화기(210) 회로의 전달함수의 주파수에 따른 이득에 대한 그래프이다.Figure 4b is a graph of the gain according to frequency of the transfer function of a continuous-time linear equalizer (210) circuit.
도 4b 및 수학식 2를 참조하면, ωz은 분자의 영점 주파수, ωp1은 분모의 극점 1 주파수, ωp2 은 분모의 극점 2 주파수이다. 구체적으로, 분자의 1개 영점을 기준으로 영점 이전 주파수와 영점 이후 주파수 간에 이득 차이가 발생하는데, 분모의 2개 극점으로 동작 주파수에서 피크값 이득(peaking gain)을 발생시켜 ISI를 제거할 수 있다.Referring to Fig. 4b and
그리고 제1 증폭기(220)는 연속 시간 선형 등화기(CTLE, 210)로부터 ISI가 제거된 차동 아날로그 신호(RF1, RF2)가 입력될 수 있다. 제2 증폭기(230)는 제1 증폭기(220)와 직렬로 연결되어 제1 증폭기(220)의 출력 신호가 입력될 수 있다. 또한, 제2 증폭기(230)는 피드백 받은 연속 시간 선형 등화기(210)의 출력 신호에 기초하여 상기 데이터 신호(INP, INN)를 출력할 수 있다.And the first amplifier (220) can input a differential analog signal (RF1, RF2) from which ISI has been removed from a continuous-time linear equalizer (CTLE, 210). The second amplifier (230) is connected in series with the first amplifier (220) and can input an output signal of the first amplifier (220). In addition, the second amplifier (230) can output the data signal (IN P , IN N ) based on the output signal of the continuous-time linear equalizer (210) that has received feedback.
그리고 로우레벨 증폭기(240)는 제1 증폭기(220)의 로우레벨 대역 출력 신호가 입력될 수 있다.And the low-level amplifier (240) can receive the low-level band output signal of the first amplifier (220).
도 4b는 아날로그 등화기(200)의 증폭기들(220, 230, 240)에 대한 회로도의 예시이다.Fig. 4b is an example of a circuit diagram for amplifiers (220, 230, 240) of an analog equalizer (200).
도 4b를 참조하면, 아날로그 등화기(200)의 증폭기들(220, 230, 240)은 하나의 저항(RD) 및 2개의 모스펫(N1, N2)으로 동일하게 구성될 수 있다. 여기에서, 직렬 연결된 모스펫(N1, N2) 사이에 직렬 연결된 2 개의 저항 RD가 연결될 수 있다.Referring to FIG. 4b, the amplifiers (220, 230, 240) of the analog equalizer (200) can be identically configured with one resistor (R D ) and two MOSFETs (N 1 , N 2 ). Here, two resistors R D connected in series can be connected between the series-connected MOSFETs (N 1 , N 2 ).
여기에서, 로우레벨 증폭기(240)의 저항 RD 값이 상기 제1 및 제2 증폭기(220, 230)의 저항 RD 값보다 10배 이상 크게 구성될 수 있다.Here, the resistance R D value of the low-level amplifier (240) can be configured to be 10 times larger than the resistance R D values of the first and second amplifiers (220, 230).
아날로그 등화기(200)의 증폭기(220, 230, 240) 회로의 전달함수는 수학식 3과 같다.The transfer function of the amplifier (220, 230, 240) circuit of the analog equalizer (200) is as shown in mathematical expression 3.
여기에서, gm는 모스펫(N1, N2)의 트랜스 컨덕턴스 (Transconductance, gm)이며, CL은 증폭기(220, 230, 240)의 로드 캐패시터(CL)이다. 따라서 분모의 1개 극점 주파수까지 증폭기(220, 230, 240)는 동일한 이득(gmRD)을 유지할 수 있다.Here, g m is the transconductance (gm) of the MOSFETs (N 1 , N 2 ), and C L is the load capacitor (C L ) of the amplifiers (220, 230, 240). Therefore, the amplifiers (220, 230, 240) can maintain the same gain (g m R D ) up to one pole frequency in the denominator.
그리고 이득 제어기(Gc, 250)는 로우레벨 증폭기(240)의 출력 신호(DOUT)를 입력받아 연속 시간 선형 등화기(210)의 출력 신호(RF1, RF2)를 피드백할 수 있다. 또한, 이득 제어기(250)는 아날로그 등화기(200)의 감쇠 상수(damping factor)를 결정할 수 있고, 아날로그 등화기(200)의 주파수 대역폭을 제어할 수 있다.And the gain controller (Gc, 250) can receive the output signal (D OUT ) of the low-level amplifier (240) and feed back the output signal (RF1, RF2) of the continuous-time linear equalizer (210). In addition, the gain controller (250) can determine the damping factor of the analog equalizer (200) and control the frequency bandwidth of the analog equalizer (200).
도 4c는 이득 제어기(Gc, 250)에 대한 회로도의 예시이다.Fig. 4c is an example of a circuit diagram for a gain controller (Gc, 250).
도 4c를 참조하면, 이득 제어기(250)는 상보적(complementary)으로 연결된 인버터 구조의 증폭기인 모스펫(251) 및 모스펫(251, Wp, Wn)의 양단에 연결된 스위치(252)를 포함할 수 있다. 또한, 이득 제어기(250)는 2 개의 인버터 구조의 모스펫(251) 및 모스펫(251) 양단에 연결된 스위치(252)를 하나의 단위 회로로 하여, 복수 개의 회로 단위로 구성할 수 있다. 이득 제어기(250)는 복수 개의 회로 단위 즉, 스위치(252)가 많을수록 제어 이득값 Gc가 증가할 수 있다.Referring to FIG. 4c, the gain controller (250) may include a MOSFET (251) which is an amplifier of a complementary inverter structure and a switch (252) connected to both ends of the MOSFET (251, W p , W n ). In addition, the gain controller (250) may be configured as a plurality of circuit units by using two MOSFETs (251) of an inverter structure and a switch (252) connected to both ends of the MOSFET (251) as one unit circuit. The gain controller (250) may increase the control gain value Gc as the number of circuit units, that is, the number of switches (252), increases.
즉, 이득 제어기(250)는 모스펫(251 Wp, Wn)이 출력하는 이진 디지털 비트(NEQ)에 따라 스위치(252)를 동작하고, 이득 제어기(250)의 출력(GOUT)을 제어할 수 있다.That is, the gain controller (250) can operate the switch (252) according to the binary digital bit (N EQ ) output by the MOSFET (251 W p , W n ) and control the output (G OUT ) of the gain controller (250).
예를 들어, 상기 디지털 비트(NEQ)가 증가하면, 이득 제어기(250)의 출력(GOUT)이 증가할 수 있다. 그리고 이득 제어기(250)의 출력(GOUT)은 상기 디지털 비트(NEQ)의 증가에 대응하는 전압만큼 연속 시간 선형 등화기(210)의 출력 전압(RF1, RF2)을 감소시킬 수 있다.For example, when the digital bit (N EQ ) increases, the output (G OUT ) of the gain controller (250) may increase. And the output (G OUT ) of the gain controller (250) may reduce the output voltage (RF1, RF2) of the continuous-time linear equalizer (210) by a voltage corresponding to the increase in the digital bit ( N EQ ).
그리고 이득 제어기(250)에 의해 감소된 출력 전압(RF1, RF2)이 다시 제1 증폭기(220)를 거쳐 제2 증폭기(230)로 전달될 수 있고, 제2 증폭기(230)의 출력 신호인 데이터 신호(INP, INN)가 클럭 데이터 복원부(300)로 전달될 수 있다.And the output voltage (RF1, RF2) reduced by the gain controller (250) can be transmitted again to the second amplifier (230) through the first amplifier (220), and the data signal (IN P , IN N ), which is the output signal of the second amplifier (230), can be transmitted to the clock data recovery unit (300).
여기에서, 상술한 연속 시간 선형 등화기(210) 회로의 전달함수 및 증폭기(220, 230, 240) 회로의 전달함수를 기반으로 하는 파라미터 값이 산출될 수 있다. 그리고 산출된 파라미터 값이 아날로그 등화기(200)의 수학식 1에 대입될 수 있다. 그러면 수학식 1에 대한 연산 결과에 의해 이득 제어기(250)의 출력 신호(GOUT)가 변화될 수 있으며, 출력 신호(GOUT)에 의해 극점의 위치가 변화될 수 있다.Here, parameter values based on the transfer function of the above-described continuous-time linear equalizer (210) circuit and the transfer function of the amplifier (220, 230, 240) circuit can be calculated. Then, the calculated parameter values can be substituted into mathematical expression 1 of the analog equalizer (200). Then, the output signal (G OUT ) of the gain controller (250) can be changed by the operation result for mathematical expression 1, and the position of the pole can be changed by the output signal (G OUT ).
즉, 아날로그 등화기(200)는 피드백 특성을 가지고 있으며, 이득을 조절하는 이득 제어기(250)는 2차 복소 시스템의 극점(pole)의 위치를 제어할 수 있다.That is, the analog equalizer (200) has a feedback characteristic, and the gain controller (250) that adjusts the gain can control the position of the pole of the second-order complex system.
본 발명에 따른 아날로그 등화기(200)는 2차 이상의 고차 시스템이고, 이득 제어기(250)는 2개의 2차 복소 방정식에 영향을 줄 수 있다. 예를 들어, 이득 제어기(250)의 출력값(GOUT)이 증가하면, 상기 2개의 2차 복소 방정식 중 하나의 감쇠 상수(Damping factor)는 0.9 이상의 값을 가질 수 있고, 다른 하나의 감쇠 상수는 0에 가까워질 수 있다. 여기에서, 상기 감쇠 상수가 1에 가까울수록 아날로그 등화기(200)의 고차 시스템은 안정되고, 상기 감쇠 상수가 0에 가까울수록 아날로그 등화기(200)의 고차 시스템은 불안정해진다. 상기 감쇠 상수가 0에 가까울수록 상기 고차 시스템은 불안정하지만, 아날로그 등화기(200)의 주파수 응답에 피크값 이득(peaking gain)이 발생한다.The analog equalizer (200) according to the present invention is a second or higher order system, and the gain controller (250) can affect two second order complex equations. For example, when the output value (G OUT ) of the gain controller (250) increases, the damping factor of one of the two second order complex equations can have a value of 0.9 or higher, and the damping constant of the other can approach 0. Here, the closer the damping constant is to 1, the more stable the high-order system of the analog equalizer (200) becomes, and the closer the damping constant is to 0, the more unstable the high-order system of the analog equalizer (200) becomes. The closer the damping constant is to 0, the more unstable the high-order system becomes, but a peaking gain occurs in the frequency response of the analog equalizer (200).
즉, 본 발명에 따른 아날로그 등화기(200)는 이득 제어기(250)의 출력에 따라 아날로그 등화기(200)의 상기 감쇠 상수를 결정하고, 상기 피크값 이득을 기반으로 아날로그 등화기(200)의 주파수 대역폭을 제어할 수 있다.That is, the analog equalizer (200) according to the present invention can determine the attenuation constant of the analog equalizer (200) according to the output of the gain controller (250) and control the frequency bandwidth of the analog equalizer (200) based on the peak value gain.
다시 말해, 아날로그 등화기(200)는 이득 제어기(250)의 출력을 제어할 수 있고, 이득 제어기(250)의 출력값을 이용하여 2차 복소 방정식의 감쇠 상수를 변화시킬 수 있다. 상기 감쇠 상수가 0에 가까우면 아날로그 등화기(200)의 주파수 응답에 피크값 이득이 발생할 수 있다. 발생된 상기 피크값 이득은 아날로그 등화기(200)의 직류 이득(DC gain)을 연속 시간 선형 등화기(210)의 주파수 응답 이하로 낮춰줄 수 있다. 즉, 아날로그 등화기(200)의 고차 시스템은 불안정하지만 아날로그 등화기(200)의 성능은 향상시킬 수 있다.In other words, the analog equalizer (200) can control the output of the gain controller (250) and change the attenuation constant of the second-order complex equation using the output value of the gain controller (250). If the attenuation constant is close to 0, a peak value gain may occur in the frequency response of the analog equalizer (200). The generated peak value gain can lower the DC gain of the analog equalizer (200) below the frequency response of the continuous-time linear equalizer (210). That is, the high-order system of the analog equalizer (200) is unstable, but the performance of the analog equalizer (200) can be improved.
예를 들어, 본 발명에 따른 아날로그 등화기(200)는 무선 광통신용 수신기에서 ISI가 포함된 상기 차동 아날로그 신호의 15 dB 이상의 손실을 보상할 수 있다.For example, the analog equalizer (200) according to the present invention can compensate for a loss of 15 dB or more of the differential analog signal including ISI in a wireless optical communication receiver.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예인 무선 광통신용 수신기의 클럭 데이터 복원 장치(10)는 신호 변환 과정에서 발생하는 ISI를 보상할 수 있다.As described above, the clock data recovery device (10) of the wireless optical communication receiver, which is an embodiment of the present invention, can compensate for ISI occurring during a signal conversion process.
다시 도 1을 참조하면, 클럭 데이터 복원부(300)는 데이터 신호(INP, INN)를 샘플링하고, 상기 데이터 신호의 클럭 및 데이터를 복원하여 복원 데이터 신호(RD1, RD2)를 출력할 수 있다. 여기에서, 클럭 데이터 복원부(300)는 데이터 신호의 위상에 대응되는 클럭 신호의 상승 에지(Rising Edge)의 위치에 기초하여 클럭 및 데이터를 복원할 수 있다.Referring back to FIG. 1, the clock data recovery unit (300) can sample the data signals (IN P , IN N ), recover the clock and data of the data signals, and output recovered data signals (RD1, RD2). Here, the clock data recovery unit (300) can recover the clock and data based on the position of the rising edge of the clock signal corresponding to the phase of the data signal.
도 5은 본 발명의 일 실시예에 따른 클럭 데이터 복원부(300)의 회로 구성도이다.Figure 5 is a circuit diagram of a clock data recovery unit (300) according to one embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 클럭 데이터 복원부(300)는 샘플러(310), 복수의 적분기(320), 전압-전류 컨버터(VI Converter, 330), 전압 제어 발진기(340), 버퍼(Buffer, 350) 및 샘플 홀드(Sample and Hold, S/H) 회로(360)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 5, the clock data recovery unit (300) may include a sampler (310), a plurality of integrators (320), a voltage-current converter (VI Converter, 330), a voltage controlled oscillator (340), a buffer (Buffer, 350), and a sample and hold (S/H) circuit (360).
클럭 데이터 복원부(300)는 데이터 신호(INP, INN)가 0에서 1로 바뀌거나 1에서 0으로 바뀌는 경우에만 동작하므로, 상술한 두 경우의 변화를 확인하여 비교하기 위하여 Odd 모드 회로와 Even 모드 회로를 구성할 수 있다.Since the clock data recovery unit (300) operates only when the data signal (IN P , IN N ) changes from 0 to 1 or from 1 to 0, an Odd mode circuit and an Even mode circuit can be configured to confirm and compare the changes in the two cases described above.
여기에서, 클럭 데이터 복원부(300)의 샘플러(310), 복수의 적분기(320) 및 샘플는 홀드 회로(360)는 Odd 모드 및 Even 모드로 구성될 수 있고, 각 모드에 하나의 샘플러, 하나의 적분기 및 하나의 샘플 폴드 회로가 포함될 수 있다.Here, the sampler (310), multiple integrators (320) and sample hold circuit (360) of the clock data recovery unit (300) may be configured in Odd mode and Even mode, and each mode may include one sampler, one integrator and one sample fold circuit.
샘플러(310)는 클럭 신호(CK)에 응답하여 데이터 신호(INP, INN)를 샘플링할 수 있고, 클럭 및 데이터가 복원된 복원 데이터 신호(RD1, RD2)를 출력할 수 있다. 여기에서, RD1은 Even 모드의 샘플러(310)의 출력 신호인 제1 복원 데이터 신호이고, RD2는 Odd 모드의 샘플러(310)의 출력 신호인 제2 복원 데이터 신호이다.The sampler (310) can sample the data signals (IN P , IN N ) in response to the clock signal (CK) and output restored data signals (RD1, RD2) in which the clock and data are restored. Here, RD1 is a first restored data signal which is an output signal of the sampler (310) in Even mode, and RD2 is a second restored data signal which is an output signal of the sampler (310) in Odd mode.
그리고 샘플러(310)는 복수의 비교기(311) 및 복수의 SR 래치(312)를 포함할 수 있다. And the sampler (310) may include a plurality of comparators (311) and a plurality of SR latches (312).
복수의 비교기(311)는 아날로그 등화기(200)의 출력 신호인 데이터 신호(INP, INN) 및 클럭 신호(CK)를 입력받을 수 있다.A plurality of comparators (311) can receive data signals (IN P , IN N ) and a clock signal (CK), which are output signals of an analog equalizer (200).
여기에서 복수의 비교기(311) 각각에 입력되는 클럭 신호(CK)는 버퍼(350)로부터 적분기(320)와 동일하게 수신한 클럭 신호일 수 있다.Here, the clock signal (CK) input to each of the plurality of comparators (311) may be a clock signal received from the buffer (350) in the same manner as the integrator (320).
여기에서, Even 모드 비교기(311)와 Odd 모두 비교기(311) 각각에 입력되는 클럭 신호(CK)는 서로 반대 위상을 가질 수 있다. 그리고 클럭 신호(CK)는 데이터 신호(INP, INN)의 1/2 주파수를 가질 수 있다.Here, the clock signals (CK) input to each of the Even mode comparator (311) and the Odd mode comparator (311) may have opposite phases. And the clock signal (CK) may have half the frequency of the data signal (IN P , IN N ).
그리고 SR 래치(312)는 비교기(311)의 출력 신호를 RZ(Return to Zero) 신호에서 NRZ(Non Return to Zero) 신호로 변환할 수 있다.And the SR latch (312) can convert the output signal of the comparator (311) from an RZ (Return to Zero) signal to an NRZ (Non Return to Zero) signal.
Even 모드 SR 래치(312)는 Even 모드 비교기(311)의 출력 신호를 입력받아 제1 복원 데이터 신호(RD1)를 출력할 수 있다. 그리고 Odd 모드 SR 래치(312)는 Odd 모드 비교기(311)의 출력 신호를 입력받아 제2 복원 데이터 신호(RD2)를 출력할 수 있다.The Even mode SR latch (312) can receive an output signal of the Even mode comparator (311) and output a first restoration data signal (RD1). And the Odd mode SR latch (312) can receive an output signal of the Odd mode comparator (311) and output a second restoration data signal (RD2).
여기에서, 제1 및 제2 복원 데이터 신호(RD1, RD2)는 데이터 및 클럭이 보상된 최적의 클럭 위상을 가지는 샘플링 신호일 수 있다.Here, the first and second restored data signals (RD1, RD2) may be sampling signals having optimal clock phases for which data and clock are compensated.
도 6은 클럭 데이터 복원부(300)의 적분기(320)에 대한 회로도의 예시이다.Fig. 6 is an example of a circuit diagram for an integrator (320) of a clock data recovery unit (300).
도 6을 참조하면, 복수의 적분기(320)는 4개의 모스펫 및 2개의 캐패시터(CL)로 구성될 수 있다. 4개의 모스펫 중에서 2개의 모스펫에는 데이터 신호(INP, INN)가 각각 입력될 수 있고, 나머지 2개의 모스펫에는 클럭 신호(CK)가 입력될 수 있다.Referring to FIG. 6, a plurality of integrators (320) may be composed of four MOSFETs and two capacitors (C L ). Data signals (IN P , IN N ) may be input to two of the four MOSFETs, respectively, and a clock signal (CK) may be input to the remaining two MOSFETs.
예를 들어, 클럭 신호(CK)가 1을 유지하면 데이터 신호(INP, INN)에 상관없이 적분기(320) 양단의 출력 전압인 출력 신호(OUTP, OUTN)는 0일 수 있다. For example, if the clock signal (CK) remains at 1, the output signal (OUT P , OUT N ), which is the output voltage across the integrator (320), can be 0 regardless of the data signal (IN P , IN N).
반면에, 클럭 신호(CK)가 1에서 0으로 바뀌면 전압인 데이터 신호(INP, INN)의 차이에 의해 출력 신호(OUTP, OUTN)도 차이가 발생할 수 있다. 즉, 적분기(320) 양단의 전압 차이에 의해 각 모스펫에 입력되는 입력 전류(IINTEG)에 차이가 발생하고, 이는 2개의 캐패시터(CL)의 전압 차이를 발생시킬 수 있다. 그러므로 클럭 신호(CK)가 1에서 0으로 바뀌면, 데이터 신호(INP, INN)의 차이에 따라 적분기(320) 양단의 출력 신호(OUTP, OUTN)에 차이가 발생할 수 있다.On the other hand, when the clock signal (CK) changes from 1 to 0, a difference in the output signals (OUT P , OUT N ) may also occur due to the difference in the voltage data signals (IN P , IN N ). That is, a difference occurs in the input current (I INTEG ) input to each MOSFET due to the voltage difference across the integrator (320), and this may cause a voltage difference across the two capacitors (C L ). Therefore, when the clock signal (CK) changes from 1 to 0, a difference may occur in the output signals (OUT P , OUT N ) across the integrator (320) depending on the difference in the data signals (IN P , IN N ).
여기에서, 복수의 적분기(420)는 데이터 신호(INP, INN)의 위상에 대응되는 클럭 신호(CK)의 상승 에지의 위치에 따라 복수의 적분기(420)의 양단 출력 전압 간의 차이가 발생할 수 있다.Here, a difference between the output voltages of the two ends of the plurality of integrators (420) may occur depending on the position of the rising edge of the clock signal (CK) corresponding to the phase of the data signal (IN P , IN N).
복수의 적분기(420) 양단의 출력 전압(OUTP, OUTN) 간의 차이를 통해 클럭 신호(CK)의 상승 에지 위치를 추정할 수 있고, 클럭 데이터 복원부(300)는 데이터 신호(INP, INN)를 보정할 수 있다.The rising edge position of the clock signal (CK) can be estimated through the difference between the output voltages (OUT P , OUT N ) at both ends of the multiple integrators (420), and the clock data recovery unit (300) can correct the data signals (IN P , IN N ).
도 7a 내지 도 7c는 디지털 신호(INP, INN)의 위상을 기준으로 클럭 신호(CK)의 상승 에지 위치(중앙, 왼쪽, 오른쪽)에 따른 복수의 적분기(320) 양단의 출력 전압(OUTP, OUTN)에 대한 예시이다.FIGS. 7A to 7C are examples of output voltages (OUT P , OUT N ) across multiple integrators (320) according to the rising edge position (center, left, right) of the clock signal (CK) based on the phase of the digital signal (IN P , IN N ).
도 7a를 참조하면, 복수의 적분기(320)는 클럭 신호(CK0, CK180)의 위상 및 데이터 신호(INP, INN)의 위상을 기반으로 출력 전압을 제어할 수 있다. 여기에서, 클럭 신호(CK0, CK180)는 데이터 신호(INP, INN)의 1/2 주파수를 가질 수 있다. 즉, 데이터 신호(INP, INN)가 0에서 1로 바뀌거나 1에서 0으로 바뀌는 두가지 모드를 기반으로 복수의 적분기(320)의 회로가 구성될 수 있다. 또한, 두가지 모드에 대한 데이터 신호(INP, INN)를 동일한 클럭 신호(CK0, CK180)의 위상에서 비교하기 위하여, 클럭 신호(CK0, CK180)는 데이터 신호(INP, INN)의 1/2 주파수를 가지는 것이 바람직할 수 있다.Referring to FIG. 7a, the plurality of integrators (320) can control the output voltage based on the phase of the clock signal (CK 0 , CK 180 ) and the phase of the data signal (IN P , IN N ). Here, the clock signal (CK 0 , CK 180 ) can have a frequency that is half that of the data signal (IN P , IN N ). That is, the circuit of the plurality of integrators (320) can be configured based on two modes in which the data signal (IN P , IN N ) changes from 0 to 1 or from 1 to 0. In addition, in order to compare the data signals (IN P , IN N ) for the two modes at the phase of the same clock signal (CK 0 , CK 180 ), it may be desirable for the clock signals (CK 0 , CK 180 ) to have a frequency that is half that of the data signals (IN P , IN N ).
클럭 신호(CK)가 1에서 0으로 변화하거나 0에서 1로 변화할 때, 데이터 신호(INP, INN)의 위상 중앙으로 클럭 신호(CK)의 상승 에지가 위치할 수 있다. 도 7a에 도시된 바와 같이, 클럭 신호(CK)의 상승 에지가 데이터 신호(INP, INN)의 위상 중앙에 위치한 경우에 위상 마진이 크므로, 클럭 신호(CK)의 상승 에지를 중앙에 위치하도록 클럭 및 데이터를 복원하는 것이 바람직하다.When the clock signal (CK) changes from 1 to 0 or from 0 to 1, the rising edge of the clock signal (CK) can be positioned at the phase center of the data signals (IN P , IN N ). As illustrated in FIG. 7a, since the phase margin is large when the rising edge of the clock signal (CK) is positioned at the phase center of the data signals (IN P , IN N ), it is desirable to restore the clock and data so that the rising edge of the clock signal (CK) is positioned at the center.
다시 말해, 클럭 신호(CK)의 상승 에지가 데이터 신호(INP, INN)의 위상 중앙에 위치한 경우에 적분기(320) 양단의 출력 신호(OUTP, OUTN)가 동일한 크기를 가질 수 있고, 이는 위상 마진을 크게 할 수 있다.In other words, when the rising edge of the clock signal (CK) is located at the phase center of the data signals (IN P , IN N ), the output signals (OUT P , OUT N ) at both ends of the integrator (320) can have the same size, which can increase the phase margin.
반면에 도 7b 및 도 7c를 참조하면, 데이터 신호(INP, INN)의 위상을 기준으로 클럭 신호(CK)의 상승 에지가 왼쪽 또는 오른쪽으로 치우쳐서 위치할 수 있다. 즉, 클럭 신호(CK)가 1에서 0으로 변화하거나 0에서 1로 변화할 때, 클럭 신호(CK)의 상승 에지가 데이터 신호(INP, INN)의 위상을 기준으로 왼쪽 또는 오른쪽으로 치우치는 경우에 적분기(320) 양단의 출력 신호(OUTP, OUTN)가 다른 크기를 가질 수 있다. On the other hand, referring to FIGS. 7b and 7c, the rising edge of the clock signal (CK) may be shifted to the left or right based on the phase of the data signals (IN P , IN N ). That is, when the clock signal (CK) changes from 1 to 0 or from 0 to 1, if the rising edge of the clock signal (CK) is shifted to the left or right based on the phase of the data signals (IN P , IN N ), the output signals (OUT P , OUT N ) at both ends of the integrator (320) may have different sizes.
도 7b에 도시된 바와 같이, 클럭 신호(CK)의 상승 에지가 데이터 신호(INP, INN)의 위상의 중앙을 기준으로 왼쪽으로 치우쳐서 위치할 수 있다. 그리고 클럭 신호(CK)가 0에서 1로 변화할 때, 적분기(320)의 출력 신호 OUTP가 출력 신호 OUTN보다 클 수 있다. As shown in Fig. 7b, the rising edge of the clock signal (CK) may be positioned to the left of the center of the phase of the data signal (IN P , IN N ). And when the clock signal (CK) changes from 0 to 1, the output signal OUT P of the integrator (320) is the output signal OUT can be greater than N.
반면에, 도 7c에 도시된 바와 같이 클럭 신호(CK)의 상승 에지가 입력 신호(INP, INN)의 위상의 중앙을 기준으로 오른쪽으로 치우쳐서 위치할 수 있다. 그리고 클럭 신호(CK)가 0에서 1로 변화할 때, 적분기(320)의 출력 신호 OUTP가 출력 신호 OUTN보다 작을 수 있다.On the other hand, as shown in Fig. 7c, the rising edge of the clock signal (CK) may be positioned to the right of the center of the phase of the input signals (IN P , IN N ). And when the clock signal (CK) changes from 0 to 1, the output signal OUT P of the integrator (320) is the output signal OUT may be less than N.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 클럭 데이터 복원부(300)의 복수의 적분기(320)는 상기 클럭 신호(CK)의 위상에 따라 선형으로 출력 신호(OUTP, OUTN)가 발생하므로 디지털 신호인 1, 0만을 출력하는 종래의 클럭 및 데이터 복원 회로(CDR)에 비해 낮은 클럭 지터(jitter)를 생성할 수 있다.As described above, the plurality of integrators (320) of the clock data recovery unit (300) according to the present invention generate output signals (OUT P , OUT N ) linearly according to the phase of the clock signal (CK), and thus can generate lower clock jitter compared to a conventional clock and data recovery circuit (CDR) that outputs only digital signals 1 and 0.
여기에서, 클럭 신호(CK)의 상승 에지가 데이터 신호(INP, INN)의 위상을 기준으로 중앙에서 멀어질수록 출력 신호(OUTP, OUTN) 간의 차이값이 증가할 수 있다. 그러므로 적분기(420) 양단의 출력 신호(OUTP, OUTN) 간의 차이를 기초로 클럭 신호(CK)의 상승 에지가 중앙 위치로부터 벗어나는 경우에만 클럭 데이터 복원부(300)가 클럭 및 데이터를 복원할 수 있도록 설계할 수 있다.Here, the difference between the output signals (OUT P , OUT N ) may increase as the rising edge of the clock signal (CK) moves away from the center based on the phase of the data signals (IN P , IN N ). Therefore, the clock data recovery unit (300) may be designed to restore the clock and data only when the rising edge of the clock signal (CK) moves away from the center position based on the difference between the output signals (OUT P , OUT N ) at both ends of the integrator (420).
다시 도 5를 참조하면, 전압-전류 컨버터(330)는 복수의 적분기(320) 양단의 출력 전압의 차이값에 대한 전압을 전류로 변환할 수 있다.Referring again to FIG. 5, the voltage-to-current converter (330) can convert the voltage corresponding to the difference between the output voltages across the multiple integrators (320) into current.
예를 들어, 전압-전류 컨버터(330)는 복수의 적분기(420) 즉, Odd 모드 적분기(320) 양단의 출력 전압(OUTP, OUTN)이 동일하고, Even 모드 적분기(320) 양단의 출력 전압(OUTP, OUTN)이 동일한 경우에는 변환 동작하지 않을 수 있다.For example, the voltage-current converter (330) may not perform a conversion operation when the output voltages (OUT P , OUT N ) across multiple integrators (420), i.e., the Odd mode integrator (320), are the same and the output voltages (OUT P , OUT N ) across the Even mode integrator (320) are the same.
반면에, Odd 모드 적분기(320) 양단의 출력 전압(OUTP, OUTN)이 상이한 경우 또는 Even 모드 적분기(320) 양단의 출력 전압(OUTP, OUTN)이 상이한 경우에는 전압-전류 컨버터(330)는 인에이블(Enable, 이하 EN) 신호를 생성하여 변환 동작할 수 있다. 여기에서 EN 신호는 Even 모드와 Odd 모드 각각에 대응하여 생성될 수 있다. On the other hand, when the output voltages (OUT P , OUT N ) at both ends of the Odd mode integrator (320) are different or when the output voltages (OUT P , OUT N ) at both ends of the Even mode integrator (320) are different, the voltage-current converter (330) can generate an enable (EN) signal to perform a conversion operation. Here, the EN signal can be generated corresponding to each of the Even mode and the Odd mode.
그리고 전압-전류 컨버터(330)는 상기 출력 전압의 차이값에 대응하는 전류를 변환할 수 있고, 전압 제어 발진기(340)에 변환된 상기 전류에 대응하는 입력 전압(VLPF)을 인가할 수 있다.And the voltage-current converter (330) can convert a current corresponding to the difference value of the output voltage, and can apply an input voltage (V LPF ) corresponding to the converted current to the voltage controlled oscillator (340).
다시 말해, 각각의 적분기(320) 양단의 출력 전압(OUTP, OUTN)이 상이하면 EN 신호가 1로 생성될 수 있고, EN 신호가 전압-전류 컨버터(330)에 인가될 수 있다. 전압-전류 컨버터(330)로 입력되는 적분기(320) 양단의 출력 전압(OUTP, OUTN)의 차이에 대응하여 양 끝단에 흐르는 전류에도 차이가 발생할 수 있다. 그러면 적분기(320) 양단에 흐르는 전류의 차이값에 따라 입력 전압(VLPF)의 증감이 결정될 수 있다.In other words, if the output voltages (OUT P , OUT N ) across each integrator (320) are different, the EN signal can be generated as 1, and the EN signal can be applied to the voltage-to-current converter (330). Depending on the difference in the output voltages (OUT P , OUT N ) across the integrator (320) input to the voltage-to-current converter (330), a difference may also occur in the current flowing across the two ends. Then, an increase or decrease in the input voltage (V LPF ) can be determined according to the difference in the current flowing across the integrator (320).
즉, 전압-전류 컨버터(330)가 변환한 상기 전류를 기반으로 전압 제어 발진기(340)의 입력 전압(VLPF)의 증감 여부를 결정할 수 있다.That is, it is possible to determine whether to increase or decrease the input voltage (V LPF ) of the voltage controlled oscillator (340) based on the current converted by the voltage-current converter (330).
예를 들어, 출력 전압 OUTP이 출력 전압 OUTN보다 큰 경우에 출력 전압 OUTP이 입력되는 전압-전류 컨버터(330)의 일단에 인가되는 전류는, 출력 전압 OUTN이 입력되는 전압-전류 컨버터(330)의 타단에 인가되는 전류보다 클 수 있다. 전압-전류 컨버터(330)의 양단에 인가되는 전류의 차이값을 기초로 전압 제어 발진기(340)에 인가되는 입력 전압(VLPF)이 증감할 수 있다.For example, when the output voltage OUT P is greater than the output voltage OUT N , the current applied to one end of the voltage-current converter (330) into which the output voltage OUT P is input may be greater than the current applied to the other end of the voltage-current converter (330) into which the output voltage OUT N is input. The input voltage (V LPF ) applied to the voltage-controlled oscillator (340) may increase or decrease based on the difference value of the currents applied to both ends of the voltage-current converter (330).
따라서 전압 제어 발진기(340)에 인가되는 입력 전압(VLPF)은 복수의 적분기(320)의 출력 전압에 따라 제어될 수 있다.Therefore, the input voltage (V LPF ) applied to the voltage controlled oscillator (340) can be controlled according to the output voltages of the plurality of integrators (320).
전압 제어 발진기(340)는 변환된 상기 전류에 대응하는 입력 전압(VLPF)에 따라 출력 신호의 주파수를 제어하고, 상기 주파수에 기초하여 클럭 신호(CK0, CK180)를 생성할 수 있다.A voltage controlled oscillator (340) can control the frequency of an output signal according to an input voltage (V LPF ) corresponding to the converted current, and generate a clock signal (CK 0 , CK 180 ) based on the frequency.
예를 들어, 복수의 적분기(320)의 출력 신호 OUTP가 출력 신호 OUTN보다 작은 경우에 상기 전류가 음의 값을 가지고 전압 제어 발진기(340)의 입력 전압(VLPF)이 감소할 수 있다. 반면에, 복수의 적분기(320)의 출력 신호 OUTP가 출력 신호 OUTN보다 큰 경우에는 상기 전류가 양의 값을 가지고 입력 전압(VLPF)이 증가할 수 있다. 여기에서, 입력 전압(VLPF)이 감소하면 전압 제어 발진기(340)의 출력 신호 주파수를 감소시킬 수 있고, 입력 전압(VLPF)이 증가하면 전압 제어 발진기(340)의 출력 신호 주파수를 증가시킬 수 있다. For example, the output signal OUT P of multiple integrators (320) is the output signal If the current is smaller than OUT N , the input voltage (V LPF ) of the voltage-controlled oscillator (340) may decrease if the current has a negative value. On the other hand, the output signal OUT P of the plurality of integrators (320) is the output signal When it is greater than OUT N , the current has a positive value and the input voltage (V LPF ) may increase. Here, when the input voltage (V LPF ) decreases, the output signal frequency of the voltage controlled oscillator (340) may decrease, and when the input voltage (V LPF ) increases, the output signal frequency of the voltage controlled oscillator (340) may increase.
따라서 전압 제어 발진기(340)는 복수의 적분기(320) 양단의 출력 전압 간의 차이값에 기초하여 입력 전압(VLPF)의 크기 및 전압 제어 발진기(340)의 출력 신호의 주파수를 결정할 수 있다.Therefore, the voltage controlled oscillator (340) can determine the size of the input voltage (V LPF ) and the frequency of the output signal of the voltage controlled oscillator (340) based on the difference between the output voltages at both ends of the plurality of integrators (320).
그리고 버퍼(350)는 클럭 신호(CK0, CK180)를 복수의 적분기(320)로 전송할 수 있다. 그리고 복수의 비교기(311)는 복수의 적분기(320)와 동일한 클럭 신호(CK0, CK180)를 입력받아 SR 래치(312)로 전송할 수 있다. And the buffer (350) can transmit clock signals (CK 0 , CK 180 ) to multiple integrators (320). And the multiple comparators (311) can receive the same clock signals (CK 0 , CK 180 ) as the multiple integrators (320) and transmit them to the SR latch (312).
따라서 클럭 신호(CK0, CK180)에 의해 샘플러(310)가 복원 데이터 신호(RD1, RD2)를 출력할 수 있다. 여기에서, 복원 데이터 신호(RD1, RD2)는 ISI가 보상되어 샘플링된 디지털 신호일 수 있다.Therefore, the sampler (310) can output the restored data signals (RD1, RD2) by the clock signals (CK 0 , CK 180 ). Here, the restored data signals (RD1, RD2) can be digital signals sampled with ISI compensated.
그리고 샘플 홀드 회로(360, S/H)는 복수의 적분기(320)와 전압-전류 컨버터(330)의 사이에 위치하여 복수의 적분기(320) 각각의 출력 전압을 저장할 수 있다. 예를 들어, 복수의 적분기(320)와 샘플 홀드 회로(360, S/H) 사이에 스위치(미도시)를 구성하면, 복수의 적분기(320)와 샘플 홀드 회로(360, S/H)의 연결을 끊는 경우에 복수의 적분기(320)의 출력 전압이 샘플 홀드 회로(360, S/H)에 저장될 수 있다.And the sample and hold circuit (360, S/H) is positioned between the plurality of integrators (320) and the voltage-current converter (330) and can store the output voltages of each of the plurality of integrators (320). For example, if a switch (not shown) is configured between the plurality of integrators (320) and the sample and hold circuit (360, S/H), when the connection between the plurality of integrators (320) and the sample and hold circuit (360, S/H) is disconnected, the output voltages of the plurality of integrators (320) can be stored in the sample and hold circuit (360, S/H).
그리고 클럭 데이터 복원부(300)는 데이터 신호(INP, INN)의 위상을 기준으로, 버퍼(350)로부터 전송된 클럭 신호(CK0, CK180)의 상승 에지가 데이터 신호(INP, INN)의 위상 중앙에 위치하면, 샘플러(310)는 데이터 신호(INP, INN)를 변환하여 복원 데이터 신호(RD1, RD2)를 출력할 수 있다.And, based on the phase of the data signal (IN P , IN N ), if the rising edge of the clock signal (CK 0 , CK 180 ) transmitted from the buffer (350) is located at the center of the phase of the data signal (IN P , IN N ), the clock data recovery unit (300) can convert the data signal (IN P , IN N ) and output the recovery data signal (RD1, RD2).
즉, 클럭 신호(CK)의 상승 에지를 데이터 신호(INP, INN)의 위상 중앙에 위치하도록 클럭 및 데이터를 복원하여 샘플러(310)가 복원 데이터 신호(RD1, RD2)를 출력할 수 있다.That is, the sampler (310) can output restored data signals (RD1, RD2) by restoring the clock and data so that the rising edge of the clock signal ( CK ) is positioned at the phase center of the data signals (IN P , IN N).
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 클럭 데이터 복원부(300)의 회로 구성도이다.Figure 8 is a circuit diagram of a clock data recovery unit (300) according to another embodiment of the present invention.
도 8을 참조하면, 클럭 데이터 복원부(300)는 샘플러(310), 복수의 적분기(320), 전압-전류 컨버터(330), 전압 제어 발진기(340), 버퍼(350), 및 복수의 스위치(370)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 8, the clock data recovery unit (300) may include a sampler (310), a plurality of integrators (320), a voltage-current converter (330), a voltage controlled oscillator (340), a buffer (350), and a plurality of switches (370).
여기에서, 샘플러(310), 복수의 적분기(320), 전압-전류 컨버터(330), 전압 제어 발진기(340) 및 버퍼(350)는 상술한 도 5, 도 6 및 도 7a 내지 7c의 설명과 동일하다.Here, the sampler (310), multiple integrators (320), voltage-current converter (330), voltage controlled oscillator (340), and buffer (350) are the same as those described in FIGS. 5, 6, and 7a to 7c described above.
복수의 SR 래치(312) 및 복수의 스위치(370)는 복수의 비교기(311)와 전압-전류 컨버터(330) 사이를 연결할 수 있다.A plurality of SR latches (312) and a plurality of switches (370) can be connected between a plurality of comparators (311) and a voltage-current converter (330).
여기에서, 클럭 데이터 복원부(300)의 샘플러(310), 복수의 적분기(320) 및 복수의 스위치(370)는 Odd 모드 및 Even 모드로 구성될 수 있고, 각 모드에 하나의 샘플러, 하나의 적분기 및 두 개의 스위치가 포함될 수 있다.Here, the sampler (310), multiple integrators (320) and multiple switches (370) of the clock data recovery unit (300) can be configured in Odd mode and Even mode, and each mode can include one sampler, one integrator and two switches.
그리고 복수의 SR 래치(312)는 출력 전압인 NRZ 신호를 기반으로 복수의 스위치(370)의 온오프 동작을 제어할 수 있다. 여기에서, SR 래치(312)는 비교기(311)의 출력 신호를 RZ 신호에서 NRZ 신호로 변환할 수 있다. And a plurality of SR latches (312) can control the on/off operation of a plurality of switches (370) based on the NRZ signal, which is an output voltage. Here, the SR latches (312) can convert the output signal of the comparator (311) from an RZ signal to an NRZ signal.
그리고 복수의 비교기(311)에 입력되는 신호는 버퍼(350)로부터 전송되는 클럭 신호(CK0)와 아날로그 등화기(200)로부터 입력받은 데이터 신호(INP, INN)일 수 있다. 여기에서, 버퍼(350)로부터 전송되는 클럭 신호(CK0, CK180)는 적분기(320) 통과하여 비교기(311)에 그대로 전달될 수 있다.And the signals input to the plurality of comparators (311) may be a clock signal (CK 0 ) transmitted from a buffer (350) and a data signal (IN P , IN N ) input from an analog equalizer (200). Here, the clock signal (CK 0 , CK 180 ) transmitted from the buffer (350) may pass through an integrator (320) and be directly transmitted to the comparator (311).
도 9a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 클럭 데이터 복원부(300)의 회로도의 예시이다. FIG. 9a is an example of a circuit diagram of a clock data recovery unit (300) according to another embodiment of the present invention.
도 9a를 참조하면, Odd 모드 SR 래치(312)는 Even 모드 비교기(311)에 연결된 2개의 스위치(370)에 대한 온/오프 동작을 제어할 수 있다. 반면에, Even 모드 SR 래치(312)는 Odd 모드 비교기(311)에 연결된 2개의 스위치(370)에 대한 온/오프 동작을 제어할 수 있다. Referring to FIG. 9a, the Odd mode SR latch (312) can control the on/off operation for two switches (370) connected to the Even mode comparator (311). On the other hand, the Even mode SR latch (312) can control the on/off operation for two switches (370) connected to the Odd mode comparator (311).
예를 들어, Odd 모드 SR 래치(312)의 출력 전압과 Even 모드 비교기(311)의 출력 전압이 동일하면, Odd 모드 SR 래치(312)는 Even 모드인 2개의 스위치(370)를 오프할 수 있다. 반면에, Odd 모드 SR 래치(312)의 출력 전압과 Even 모드 비교기(311)의 출력 전압이 상이한 경우 즉, Odd 모드 SR 래치(312)의 클럭 신호(CK)가 0에서 1로 변화하거나 1에서 0으로 변화하면, Even 모드인 2개의 스위치(370)를 온할 수 있다.For example, if the output voltage of the Odd mode SR latch (312) and the output voltage of the Even mode comparator (311) are the same, the Odd mode SR latch (312) can turn off the two switches (370) in the Even mode. On the other hand, if the output voltage of the Odd mode SR latch (312) and the output voltage of the Even mode comparator (311) are different, that is, if the clock signal (CK) of the Odd mode SR latch (312) changes from 0 to 1 or from 1 to 0, the two switches (370) in the Even mode can be turned on.
반면에, Even 모드 SR 래치(312)의 출력 전압과 Odd 모드 비교기(311)의 출력 전압이 동일하면, Even 모드 SR 래치(312)는 Odd 모드인 2개의 스위치(370)를 오프할 수 있다. 반면에, Even 모드 SR 래치(312)의 출력 전압과 Odd 모드 비교기(311)의 출력 전압이 상이한 경우 즉, 클럭 신호(CK)가 0에서 1로 변화하거나 1에서 0으로 변화하면, Even 모드인 2개의 스위치(370)를 온할 수 있다.On the other hand, if the output voltage of the Even mode SR latch (312) and the output voltage of the Odd mode comparator (311) are the same, the Even mode SR latch (312) can turn off the two switches (370) in the Odd mode. On the other hand, if the output voltage of the Even mode SR latch (312) and the output voltage of the Odd mode comparator (311) are different, that is, if the clock signal (CK) changes from 0 to 1 or from 1 to 0, the two switches (370) in the Even mode can be turned on.
그러므로 비교기(311)의 출력 전압과 SR 래치(312)의 출력 전압이 상이한 경우에만 즉, 클럭 신호(CK)가 0에서 1로 변화하거나 1에서 0으로 변화하는 경우에만 스위치(370)를 온(on)하여 전압-전류 컨버터(330)의 동작을 제어할 수 있다.Therefore, the operation of the voltage-current converter (330) can be controlled by turning on the switch (370) only when the output voltage of the comparator (311) and the output voltage of the SR latch (312) are different, that is, only when the clock signal (CK) changes from 0 to 1 or from 1 to 0.
여기에서, Odd 모드 스위치 2개는 전압-전류 컨버터(330)의 인에이블 신호 ENC, END의 생성을 제어하고, Even 모드 스위치 2개는 전압-전류 컨버터(330)의 인에이블 신호 ENA, ENB의 생성을 제어할 수 있다. 예를 들어, 인에이블 신호 ENA는 Odd 모드 비교기(311)의 클럭 신호(CK)가 1에서 0으로 변화할 때 발생할 수 있고, ENB는 Odd 모드 비교기(311)의 클럭 신호(CK)가 0에서 1로 변화할 때 발생할 수 있다. 반면에 인에이블 신호 ENC는 Even 모드 비교기(311)의 클럭 신호(CK)가 1에서 0으로 변화할 때 발생할 수 있고, ENd는 Even 모드 비교기(311)의 클럭 신호(CK)가 0에서 1로 변화할 때 발생할 수 있다.Here, two Odd mode switches can control the generation of enable signals EN C and EN D of the voltage-to-current converter (330), and two Even mode switches can control the generation of enable signals EN A and EN B of the voltage-to-current converter (330). For example, the enable signal EN A can be generated when the clock signal (CK) of the Odd mode comparator (311) changes from 1 to 0, and EN B can be generated when the clock signal (CK) of the Odd mode comparator (311) changes from 0 to 1. On the other hand, the enable signal EN C can be generated when the clock signal (CK) of the Even mode comparator (311) changes from 1 to 0, and EN d can be generated when the clock signal (CK) of the Even mode comparator (311) changes from 0 to 1.
따라서 Even 모드 비교기(311)의 출력 신호를 입력받는 Even 모드 SR 래치(312)의 출력 신호와 Odd 모드 비교기(311)의 출력 신호를 입력받는 Odd 모드 SR 래치(312)의 출력 신호가 상이한 경우에 인에이블 신호(ENA, ENB, ENC, END)가 생성된 것을 알 수 있다. Therefore, when the output signal of the Even mode SR latch (312) that receives the output signal of the Even mode comparator (311) and the output signal of the Odd mode SR latch (312) that receives the output signal of the Odd mode comparator (311) are different, the enable signal (EN A , EN B , It can be seen that EN C , EN D ) were created.
도 9b는 클럭 데이터 복원부(300)의 SR 래치(312)의 출력 전압에 따른 인에이블(EN) 신호에 대한 그래프이다.Figure 9b is a graph of an enable (EN) signal according to the output voltage of the SR latch (312) of the clock data recovery unit (300).
도 9b를 참조하면, Even 모드 및 Odd 모드의 SR 래치(312)의 출력 전압이 상이한 경우 전압-전류 컨버터(330)는 인에이블 신호(ENA, ENB, ENC, END)를 0에서 1로 생성할 수 있다. 예를 들어, Odd 모드 SR 래치(312)의 출력 전압과 Even 모드 SR 래치(312)의 출력 전압이 동일한 경우에는 전압-전류 컨버터(330)는 인에이블 신호(ENA, ENB, ENC, END)가 0일 수 있다. 반면에, Odd 모드 SR 래치(312)의 출력 전압과 Even 모드 SR 래치(312)의 출력 전압 상이한 경우에는 인에이블 신호(ENA, ENB, ENC, END)가 1로 생성될 수 있다.Referring to Fig. 9b, when the output voltages of the SR latch (312) in Even mode and Odd mode are different, the voltage-current converter (330) outputs an enable signal (EN A , EN B , EN C , EN D ) can be generated from 0 to 1. For example, when the output voltage of the Odd mode SR latch (312) and the output voltage of the Even mode SR latch (312) are the same, the voltage-current converter (330) can generate the enable signal (EN A , EN B , EN C , EN D ) can be 0. On the other hand, when the output voltage of the Odd mode SR latch (312) and the output voltage of the Even mode SR latch (312) are different, the enable signal (EN A , EN B , EN C , EN D ) can be generated as 1.
구체적으로, Odd 모드 SR 래치(312)의 출력 전압이 1이고, Even 모드 SR 래치(312)의 출력 전압이 0이면 ENC, END 신호가 1로 생성될 수 있다. 반면에 Even 모드 SR 래치(312)의 출력 전압이 1이고, Odd 모드 SR 래치(312)의 출력 전압이 0이면 ENA, ENB 신호가 1로 생성될 수 있다.Specifically, if the output voltage of the Odd mode SR latch (312) is 1 and the output voltage of the Even mode SR latch (312) is 0, the EN C and EN D signals can be generated as 1. On the other hand, if the output voltage of the Even mode SR latch (312) is 1 and the output voltage of the Odd mode SR latch (312) is 0, the EN A and EN B signals can be generated as 1.
다시 말해, 전압-전류 컨버터(330)는 Odd 모드 비교기(311)의 출력 전압과 Even 모드 비교기(311)의 출력 전압이 동일한 경우에도 동작하지 않을 수 있다. 반면에, Odd 모드 비교기(311)의 출력 전압과 Even 모드 비교기(311)의 출력 전압이 상이한 경우에는 전압-전류 컨버터(330)는 인에이블 신호(ENA, ENB, ENC, END)를 생성하여 변환 동작할 수 있다.In other words, the voltage-current converter (330) may not operate even when the output voltage of the Odd mode comparator (311) and the output voltage of the Even mode comparator (311) are the same. On the other hand, when the output voltage of the Odd mode comparator (311) and the output voltage of the Even mode comparator (311) are different, the voltage-current converter (330) may not operate when the enable signal (EN A , EN B , It is possible to generate EN C , EN D ) and perform conversion operations.
그리고 Odd 모드 또는 Even 모드 적분기(320) 양단의 출력 전압(OUTP, OUTN)이 동일한 경우에는 인에이블 신호(ENA, ENB, ENC, END)가 생성되더라도 적분기(320) 양단의 출력 전압(OUTP, OUTN) 동일할 수 있다. 따라서 전압-전류 컨버터(330)는 전류의 증감이 발생하지 않으므로, 일정한 전압 (VLPF)를 유지할 수 있다. And when the output voltages (OUT P , OUT N ) at both ends of the Odd mode or Even mode integrator (320) are the same, the enable signal (EN A , EN B , Even if EN C , EN D ) are generated, the output voltages (OUT P , OUT N ) at both ends of the integrator (320) can be the same. Therefore, the voltage-current converter (330) can maintain a constant voltage (V LPF ) because no increase or decrease in current occurs.
반면에, Odd 모드 적분기(320) 양단의 출력 전압(OUTP, OUTN)이 상이한 경우 또는 Even 모드 적분기(320) 양단의 출력 전압(OUTP, OUTN)이 상이한 경우에는 인에이블 신호(ENA, ENB, ENC, END)가 생성되면, 적분기(320) 양단의 출력 전압(OUTP, OUTN) 차이만큼 전압-전류 컨버터(330)에서 전류를 증감할 수 있다. 따라서 상기 전류의 증감에대응하여 전압 제어 발진기(VCO, 340)의 입력 전압(VLPF)이 증감할 수 있다.On the other hand, when the output voltages (OUT P , OUT N ) at both ends of the Odd mode integrator (320) are different or when the output voltages (OUT P , OUT N ) at both ends of the Even mode integrator (320) are different, the enable signal (EN A , EN B , When EN C , EN D ) are generated, the current in the voltage-current converter (330) can be increased or decreased by the difference between the output voltages (OUT P , OUT N ) at both ends of the integrator (320). Accordingly, the input voltage (V LPF ) of the voltage controlled oscillator (VCO, 340) can be increased or decreased in response to the increase or decrease in the current.
상술한 바와 같이, 클럭 데이터 복원부(300)는 데이터 신호(INP, INN)가 보정이 필요한 경우에만 전압-전류 컨버터(330) 동작하도록 설계되어 효율적인 클럭 및 데이터 복원이 가능하다. 그리고 클럭 데이터 복원부(300)는 최적의 샘플링 신호 위치로 클럭을 생성하므로, 전압 마진을 증가시키고 낮은 비트 오류율을 가질 수 있다.As described above, the clock data recovery unit (300) is designed to operate the voltage-current converter (330) only when the data signals (IN P , IN N ) require correction, thereby enabling efficient clock and data recovery. In addition, the clock data recovery unit (300) generates a clock at an optimal sampling signal position, thereby increasing the voltage margin and having a low bit error rate.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 클럭 데이터 복원부(300)의 유무에 따른 무선 광통신용 수신기에 대한 출력 전압 실험 데이터이다. Figure 10 shows output voltage experimental data for a wireless optical communication receiver depending on the presence or absence of a clock data recovery unit (300) according to an embodiment of the present invention.
도 10을 참조하면, 클럭 데이터 복원부(400)를 제외한 무선 광통신용 수신기(종래 기술)의 출력 아이 다이어그램과 본 발명의 실시예에 따른 무선 광통신용 수신기의 클럭 데이터 복원 장치(10)의 출력 아이 다이어그램을 비교할 수 있다. Referring to FIG. 10, the output eye diagram of a wireless optical communication receiver (prior art) excluding the clock data recovery unit (400) and the output eye diagram of the clock data recovery device (10) of the wireless optical communication receiver according to the embodiment of the present invention can be compared.
도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 무선 광통신용 수신기의 클럭 데이터 복원 장치(10)의 입력 데이터(INP, INN)의 중앙으로 복원된 샘플링 클럭 위상이 생성됨을 알 수 있다. As illustrated in FIG. 10, it can be seen that a sampling clock phase restored to the center of input data (IN P , IN N ) of a clock data recovery device (10) of a wireless optical communication receiver according to an embodiment of the present invention is generated.
본 발명에 따른 클럭 데이터 복원부(300)는 종래의 오버샘플링(Oversampling) CDR 또는 보레이트(Baud Rate) CDR과 다르게 2개의 적분기만을 더 필요로 하므로 구조적으로 높은 효율성을 가진다. 구체적으로, 오버샘플링 CDR은 클럭 위상을 추가해야 하고, 2개의 비교기가 필요하며, 보레이트 CDR은 기준 전압을 추가해야 하고, 2개의 비교기가 필요하다. 반면에 본 발명에 따른 클럭 데이터 복원부(400)는 2개의 적분기 외에 추가 하드웨어를 필요로 하지 않으므로, 구조를 단순화할 수 있다.The clock data recovery unit (300) according to the present invention has high efficiency in terms of structure because it requires only two additional integrators, unlike the conventional oversampling CDR or baud rate CDR. Specifically, the oversampling CDR must add a clock phase and requires two comparators, and the baud rate CDR must add a reference voltage and requires two comparators. On the other hand, the clock data recovery unit (400) according to the present invention does not require additional hardware other than two integrators, so the structure can be simplified.
즉, 본 발명의 실시예인 무선 광통신용 수신기의 클럭 데이터 복원 장치(10)는 파장 분할 다중화 환경에서 발생하는 ISI를 보상할 수 있다.That is, the clock data recovery device (10) of the wireless optical communication receiver, which is an embodiment of the present invention, can compensate for ISI occurring in a wavelength division multiplexing environment.
다시 말해, 초기 샘플링 클럭의 위상이 데이터 신호의 중앙에서 벗어나더라도 클럭 데이터 복원부(400)의 출력 신호에 의해 상기 데이터 신호의 중앙에 샘플링 클럭의 위상을 생성할 수 있다.In other words, even if the phase of the initial sampling clock deviates from the center of the data signal, the phase of the sampling clock can be generated at the center of the data signal by the output signal of the clock data recovery unit (400).
따라서 무선 광통신용 수신기의 클럭 데이터 복원 장치(10)는 최적의 샘플링 신호 위치로 클럭을 생성하므로, 전압 마진을 증가시키고 낮은 비트 오류율을 가질 수 있다.Therefore, the clock data recovery device (10) of the wireless optical communication receiver generates a clock at an optimal sampling signal position, thereby increasing the voltage margin and having a low bit error rate.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 광통신용 수신기의 클럭 데이터 복원 장치 동작 방법에 대한 순서도이다.FIG. 11 is a flowchart of a method for operating a clock data recovery device of a wireless optical communication receiver according to one embodiment of the present invention.
도 11을 참조하면, 무선 광통신용 수신기의 클럭 데이터 복원 장치(10) 동작 방법은 S1100 내지 S1400 단계를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 11, the operating method of the clock data recovery device (10) of the wireless optical communication receiver may include steps S1100 to S1400.
S1100 단계에서, 증폭부(100)가 입력 전류를 전압으로 변환할 수 있고, 단일 아날로그 신호를 차동 아날로그 신호로 변환할 수 있다. 여기에서, 증폭부(100)는 상술한 도 1 및 도 2의 설명과 같다.At step S1100, the amplifier (100) can convert the input current into voltage and convert a single analog signal into a differential analog signal. Here, the amplifier (100) is as described in FIG. 1 and FIG. 2 described above.
S1200 단계에서, 아날로그 등화기(200)가 상기 차동 아날로그 신호의 ISI를 제거할 수 있고, 데이터 신호를 생성할 수 있다. 여기에서, 아날로그 등화기(200)는 상술한 도 1, 도 3 및 도 4의 설명과 같다.At step S1200, the analog equalizer (200) can remove the ISI of the differential analog signal and generate a data signal. Here, the analog equalizer (200) is as described in FIG. 1, FIG. 3, and FIG. 4 described above.
S1300 단계에서, 클럭 데이터 복원부(300)가 상기 데이터 신호를 샘플링하고, 샘플링된 상기 데이터 신호의 위상에 대응되는 클럭 신호의 상승 에지의 위치에 따라 하여 클럭 데이터 복원부(300)를 동작할 수 있다. At step S1300, the clock data recovery unit (300) samples the data signal and operates the clock data recovery unit (300) according to the position of the rising edge of the clock signal corresponding to the phase of the sampled data signal.
S1300 단계에서, 클럭 데이터 복원부(300)가 상기 데이터 신호의 클럭 및 데이터를 복원한 복원 데이터 신호를 출력할 수 있다. 여기에서, 클럭 데이터 복원부(300)는 상술한 도 1, 도 5 내지 도 8, 도 9a, 도 9b의 설명과 같다.At step S1300, the clock data recovery unit (300) can output a recovery data signal that has recovered the clock and data of the data signal. Here, the clock data recovery unit (300) is as described in FIG. 1, FIG. 5 to FIG. 8, FIG. 9a, and FIG. 9b described above.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 아날로그 등화기(200)의 동작 방법에 대한 순서도이다.Figure 12 is a flowchart of an operation method of an analog equalizer (200) according to one embodiment of the present invention.
도 12를 참조하면, 아날로그 등화기(200)의 동작 방법은 S1210 내지 S1270 단계를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 12, the operating method of the analog equalizer (200) may include steps S1210 to S1270.
S1210 단계에서, 연속 시간 선형 등화기(210, CTLE)가 증폭부(100)의 출력 신호인 상기 차동 아날로그 신호를 입력받아 ISI를 제거할 수 있다.At step S1210, a continuous-time linear equalizer (210, CTLE) can receive the differential analog signal, which is the output signal of the amplifier (100), and remove ISI.
S1220 단계에서, 연속 시간 선형 등화기(210, CTLE)가 제1 증폭기(220)에 상기 ISI가 제거된 상기 차동 아날로그 신호를 입력할 수 있다.At step S1220, a continuous-time linear equalizer (210, CTLE) can input the differential analog signal with the ISI removed to the first amplifier (220).
S1230 단계에서, 제1 증폭기(220)가 직렬로 연결되어 있는 제2 증폭기(230)에 제1 증폭기(220)의 출력 신호를 입력할 수 있다.At step S1230, the output signal of the first amplifier (220) can be input to the second amplifier (230) connected in series with the first amplifier (220).
S1240 단계에서, 로우레벨 증폭기(240)에 제1 증폭기(220)의 로우레벨 대역 출력 신호가 입력될 수 있다.At step S1240, the low-level band output signal of the first amplifier (220) can be input to the low-level amplifier (240).
S1250 단계에서, 로우레벨 증폭기(240)의 출력 신호에 따라 이득 제어기(250)가 연속 시간 선형 등화기(210, CTLE)의 출력 신호를 피드백할 수 있다.At step S1250, the gain controller (250) can feed back the output signal of the continuous-time linear equalizer (210, CTLE) according to the output signal of the low-level amplifier (240).
S1260 단계에서, 제1 증폭기(220)가 피드백된 연속 시간 선형 등화기(210, CTLE)의 출력 신호를 입력받아 제2 증폭기(230)로 전송할 수 있다.At step S1260, the first amplifier (220) can receive the output signal of the fed-back continuous-time linear equalizer (210, CTLE) and transmit it to the second amplifier (230).
S1270 단계에서, 제2 증폭기(230)가 ISI가 제거된 차동 아날로그 신호인 데이터 신호를 출력할 수 있다.At step S1270, the second amplifier (230) can output a data signal which is a differential analog signal with ISI removed.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 클럭 데이터 복원부(300)의 동작 방법에 대한 순서도이다.Figure 13 is a flowchart of an operation method of a clock data recovery unit (300) according to one embodiment of the present invention.
도 13을 참조하면, 클럭 데이터 복원부(300)의 동작 방법은 S1310 내지 S1380 단계를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 13, the operation method of the clock data recovery unit (300) may include steps S1310 to S1380.
S1310 단계에서, 샘플러(310)가 상기 클럭 신호에 응답하여 상기 데이터 신호를 샘플링할 수 있다.At step S1310, the sampler (310) can sample the data signal in response to the clock signal.
S1320 단계에서, 상기 데이터 신호의 위상에 대응되는 상기 클럭 신호의 상승 에지의 위치에 따라 복수의 적분기(320) 양단의 출력 전압 간의 차이가 발생할 수 있다.At step S1320, a difference between the output voltages across the multiple integrators (320) may occur depending on the position of the rising edge of the clock signal corresponding to the phase of the data signal.
S1330 단계에서, 전압-전류 컨버터(330, VI Converter)가 복수의 적분기(320) 양단의 출력 전압 간의 차이값에 대한 전압을 전류로 변환할 수 있다.At step S1330, a voltage-current converter (330, VI Converter) can convert the voltage for the difference between the output voltages across multiple integrators (320) into current.
S1340 단계에서, 전압 제어 발진기(340, VCO)가 변환된 상기 전류에 대응하는 입력 전압에 따라 출력 신호의 주파수를 제어할 수 있다.At step S1340, a voltage controlled oscillator (340, VCO) can control the frequency of an output signal according to an input voltage corresponding to the converted current.
S1350 단계에서, 전압 제어 발진기(340, VCO)가 상기 주파수에 기초하여 상기 클럭 신호를 생성할 수 있다.At step S1350, a voltage controlled oscillator (340, VCO) can generate the clock signal based on the frequency.
S1360 단계에서, 버퍼(350)가 상기 클럭 신호를 복수의 적분기(320)에 입력할 수 있다.At step S1360, the buffer (350) can input the clock signal to multiple integrators (320).
S1360 단계에서, 복수의 적분기(320)가 샘플러(310)에 클럭 신호를 입력할 수 있다.At step S1360, multiple integrators (320) can input clock signals to the sampler (310).
S1380 단계에서, 샘플러(310)가 입력받은 상기 클럭 신호에 기초하여 클럭 및 데이터가 복원된 상기 복원 데이터 신호를 출력할 수 있다.At step S1380, the sampler (310) can output the restored data signal in which the clock and data are restored based on the input clock signal.
본 발명의 실시예인 무선 광통신용 수신기의 클럭 데이터 복원 장치(10)의 동작 방법은 파장 분할 다중화 환경에서 발생하는 ISI를 보상할 수 있다.The operating method of a clock data recovery device (10) of a wireless optical communication receiver, which is an embodiment of the present invention, can compensate for ISI occurring in a wavelength division multiplexing environment.
다시 말해, 초기 샘플링 클럭의 위상이 데이터의 중앙에서 벗어나더라도 클럭 데이터 복원부(400)의 출력 신호에 의해 상기 데이터의 중앙에 샘플링 클럭의 위상을 생성할 수 있다.In other words, even if the phase of the initial sampling clock deviates from the center of the data, the phase of the sampling clock can be generated at the center of the data by the output signal of the clock data recovery unit (400).
따라서 무선 광통신용 수신기의 클럭 데이터 복원 장치(10) 동작 방법은 최적의 샘플링 신호 위치로 클럭을 생성하므로, 전압 마진을 증가시키고 낮은 비트 오류율을 가질 수 있다.Therefore, the operating method of the clock data recovery device (10) of the wireless optical communication receiver generates a clock at an optimal sampling signal position, thereby increasing the voltage margin and having a low bit error rate.
상술한 내용은 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 실시 예들이다. 본 발명은 상술한 실시 예들 이외에도, 단순하게 설계 변경되거나 용이하게 변경할 수 있는 실시 예들도 포함될 것이다. 또한, 본 발명은 실시 예들을 이용하여 용이하게 변형하여 실시할 수 있는 기술들도 포함될 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 상술한 실시 예들에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 발명의 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 할 것이다.The above-described contents are specific embodiments for carrying out the present invention. In addition to the above-described embodiments, the present invention will also include embodiments that can be simply designed or easily changed. In addition, the present invention will also include technologies that can be easily modified and implemented using the embodiments. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the above-described embodiments, but should be determined by the claims described below as well as the equivalents of the claims of this invention.
10 : 무선 광통신용 수신기의 클럭 데이터 복원 장치
100 : 증폭부
110 : 트랜스임피던스 증폭기 120 : 단일-차동 증폭기
200 : 아날로그 등화기
210 : 연속 시간 선형 등화기 220 : 제1 증폭기
230 : 제2 증폭기 240 : 로우레벨 증폭기
250 : 이득 제어기
251 : 모스펫 252 : 스위치
300 : 클럭 데이터 복원부
310 : 샘플러
311 : 복수의 비교기 312 : 복수의 SR 래치
320 : 복수의 적분기 330 : 전압-전류 컨버터
340 : 전압 제어 발진기 350 : 버퍼
360 : 샘플 홀드 회로 370 : 복수의 스위치
20 : 광 검출기10: Clock data recovery device for wireless optical communication receiver
100 : Amplifier
110: Transimpedance amplifier 120: Single-differential amplifier
200 : Analog Equalizer
210: Continuous time linear equalizer 220: First amplifier
230: Second amplifier 240: Low level amplifier
250 : Gain Controller
251 : MOSFET 252 : Switch
300 : Clock data recovery unit
310 : Sampler
311: Multiple comparators 312: Multiple SR latches
320: Multiple Integrators 330: Voltage-Current Converters
340 : Voltage Controlled Oscillator 350 : Buffer
360: Sample hold circuit 370: Multiple switches
20 : Photodetector
Claims (15)
상기 차동 아날로그 신호의 ISI(Inter Symbol Interference)를 제거하여 데이터 신호(INP, INN)를 생성하는 아날로그 등화기; 및
상기 데이터 신호를 샘플링하고, 상기 데이터 신호의 클럭 및 데이터를 복원하여 복원 데이터 신호(RD1, RD2)를 출력하는 클럭 데이터 복원부;를 포함하되,
상기 아날로그 등화기는,
상기 증폭부의 출력 신호인 상기 차동 아날로그 신호(RF1, RF2)를 입력받아 상기 ISI를 제거하는 연속 시간 선형 등화기(Contrinuos Time Linear Equalizer, CTLE);
상기 ISI가 제거된 상기 차동 아날로그 신호가 입력되는 제1 증폭기;
상기 제1 증폭기와 직렬로 연결되어 상기 제1 증폭기의 출력 신호가 입력되고, 피드백 받은 상기 연속 시간 선형 등화기의 출력 신호에 기초하여 상기 데이터 신호(INP, INN)를 출력하는 제2 증폭기;
상기 제1 증폭기의 로우레벨 대역 출력 신호가 입력되는 로우레벨 증폭기; 및
상기 로우레벨 증폭기의 출력 신호를 입력받아 상기 연속 시간 선형 등화기의 출력 신호를 피드백하는 이득 제어기(Gain Controller, Gc);를 포함하고,
상기 이득 제어기는,
상기 아날로그 등화기의 감쇠 상수(damping factor)를 결정하고, 상기 아날로그 등화기의 주파수 대역폭을 제어하며,
상기 클럭 데이터 복원부는,
상기 데이터 신호의 위상에 대응되는 클럭 신호의 상승 에지의 위치에 기초하여 클럭 및 데이터를 복원하는, 무선 광통신용 수신기의 클럭 데이터 복원 장치.
An amplifier section that converts input current into voltage and converts a single analog signal (RF) into differential analog signals (RF1, RF2);
An analog equalizer that removes ISI (Inter Symbol Interference) of the differential analog signal to generate data signals (IN P , IN N ); and
A clock data restoration unit for sampling the above data signal, restoring the clock and data of the above data signal, and outputting a restored data signal (RD1, RD2);
The above analog equalizer,
A continuous time linear equalizer (CTLE) that receives the differential analog signal (RF1, RF2), which is an output signal of the above amplifier, and removes the ISI;
A first amplifier into which the differential analog signal from which the ISI has been removed is input;
A second amplifier connected in series with the first amplifier, receiving an output signal of the first amplifier and outputting the data signal (IN P , IN N ) based on an output signal of the continuous-time linear equalizer that has been fed back;
A low-level amplifier into which the low-level band output signal of the first amplifier is input; and
It includes a gain controller (Gc) that receives the output signal of the low-level amplifier and feeds back the output signal of the continuous-time linear equalizer;
The above gain controller,
Determine the damping factor of the above analog equalizer and control the frequency bandwidth of the above analog equalizer,
The above clock data restoration unit,
A clock data recovery device for a wireless optical communication receiver, which recovers clock and data based on the position of the rising edge of a clock signal corresponding to the phase of the above data signal.
상기 증폭부는,
광 검출기의 출력 전류인 상기 입력 전류를 전압으로 변환하는 트랜스임피던스(Trans-impedence) 증폭기; 및
상기 트랜스임피던스의 출력 신호인 상기 단일 아날로그 신호를 상기 차동 아날로그 신호(RF1, RF2)로 변환하는 단일-차동(S2D, Single-to-Differential) 증폭기;를 포함하는 무선 광통신용 수신기의 클럭 데이터 복원 장치.
In the first paragraph,
The above amplifier part,
A trans-impedence amplifier that converts the input current, which is the output current of the photodetector, into voltage; and
A clock data recovery device for a wireless optical communication receiver, comprising a single-to-differential (S2D) amplifier that converts the single analog signal, which is an output signal of the transimpedance, into the differential analog signal (RF1, RF2).
상기 이득 제어기는,
상보적(complementary)으로 연결된 인버터 구조의 증폭기인 모스펫(MOSFE) 및 상기 모스펫의 양단에 연결된 스위치를 포함하되,
상기 모스펫이 출력하는 이진 디지털 비트에 따라 상기 스위치의 동작을 제어하고, 상기 디지털 비트의 증가에 대응하여 증가된 전압만큼 상기 연속 시간 선형 등화기의 출력 전압을 감소시키는, 무선 광통신용 수신기의 클럭 데이터 복원 장치.
In the first paragraph,
The above gain controller,
A complementary-connected inverter-structured amplifier, comprising a MOSFET and a switch connected to both ends of the MOSFET,
A clock data recovery device for a wireless optical communication receiver, which controls the operation of the switch according to the binary digital bit output by the above MOSFET and reduces the output voltage of the continuous-time linear equalizer by an amount increased in response to an increase in the digital bit.
상기 클럭 데이터 복원부는,
상기 클럭 신호에 응답하여 상기 데이터 신호를 샘플링하고, 클럭 및 데이터가 복원된 상기 복원 데이터 신호를 출력하는 샘플러;
상기 데이터 신호의 위상에 대응되는 상기 클럭 신호의 상승 에지의 위치에 따라 양단 출력 전압 간의 차이가 발생하는, 복수의 적분기;
상기 복수의 적분기 양단의 출력 전압 간의 차이값에 대한 전압을 전류로 변환하는 전압-전류 컨버터(VI Converter);
변환된 상기 전류에 대응하는 입력 전압에 따라 출력 신호의 주파수를 제어하고, 상기 주파수에 기초하여 상기 클럭 신호를 생성하는 전압 제어 발진기(Voltage Controlled Oscillator, VCO); 및
상기 클럭 신호를 상기 복수의 적분기로 전송하는 버퍼(Buffer);를 포함하는 무선 광통신용 수신기의 클럭 데이터 복원 장치.
In the first paragraph,
The above clock data restoration unit,
A sampler for sampling the data signal in response to the clock signal and outputting the restored data signal in which the clock and data are restored;
A plurality of integrators, each of which generates a difference between output voltages at both ends according to the position of the rising edge of the clock signal corresponding to the phase of the data signal;
A voltage-to-current converter (VI Converter) that converts the voltage difference between the output voltages of the plurality of integrators into current;
A voltage controlled oscillator (VCO) that controls the frequency of an output signal according to an input voltage corresponding to the converted current and generates the clock signal based on the frequency; and
A clock data recovery device for a wireless optical communication receiver, comprising a buffer for transmitting the clock signal to the plurality of integrators.
상기 클럭 데이터 복원부는,
상기 복수의 적분기 각각의 출력 전압을 저장하는 샘플 홀드(Sample and Hold) 회로;를 더 포함하는 무선 광통신용 수신기의 클럭 데이터 복원 장치.
In paragraph 5,
The above clock data restoration unit,
A clock data recovery device for a wireless optical communication receiver, further comprising a sample and hold circuit for storing the output voltage of each of the plurality of integrators.
상기 샘플러는,
상기 데이터 신호 및 상기 클럭 신호를 입력받는 복수의 비교기; 및
상기 복수의 비교기의 출력 신호를 입력받아 상기 복원 데이터 신호를 출력하는 복수의 SR 래치;를 포함하되,
상기 복수의 비교기 각각에 입력되는 상기 클럭 신호는 서로 반대 위상을 가지고, 상기 클럭 신호는 상기 데이터 신호의 1/2 주파수를 가지는, 무선 광통신용 수신기의 클럭 데이터 복원 장치.
In paragraph 5,
The above sampler,
A plurality of comparators receiving the above data signal and the above clock signal; and
A plurality of SR latches that receive output signals of the plurality of comparators and output the restoration data signals;
A clock data recovery device for a wireless optical communication receiver, wherein the clock signals input to each of the plurality of comparators have opposite phases, and the clock signals have a frequency of half that of the data signal.
상기 복수의 적분기는,
상기 데이터 신호의 위상을 기준으로 상기 클럭 신호의 상승 에지가 중앙에 위치하면, 상기 복수의 적분기 양단의 출력 전압이 동일하고,
상기 데이터 신호의 위상을 기준으로 상기 클럭 신호의 상승 에지가 중앙으로부터 치우치면 상기 복수의 적분기 양단의 출력 전압에 차이가 발생하는, 무선 광통신용 수신기의 클럭 데이터 복원 장치.
In paragraph 5,
The above multiple integrators are,
When the rising edge of the clock signal is located at the center based on the phase of the data signal, the output voltages at both ends of the plurality of integrators are the same,
A clock data recovery device for a wireless optical communication receiver, wherein a difference occurs in the output voltages of the multiple integrators when the rising edge of the clock signal is shifted from the center based on the phase of the data signal.
상기 전압-전류 컨버터는,
입력받은 상기 복수의 적분기 양단의 출력 전압이 동일한 경우에는 변환 동작하지 않고,
입력받은 상기 복수의 적분기 양단의 출력 전압이 상이한 경우에는 인에이블(Enable) 신호를 생성하여 변환 동작하고, 변환된 상기 전류를 상기 전압 제어 발진기로 전송하는, 무선 광통신용 수신기의 클럭 데이터 복원 장치.
In Article 8,
The above voltage-current converter,
If the output voltages at both ends of the input multiple integrators are the same, the conversion operation does not occur.
A clock data recovery device for a wireless optical communication receiver, which generates an enable signal to perform a conversion operation when the output voltages of the input plurality of integrators are different, and transmits the converted current to the voltage controlled oscillator.
상기 데이터 신호의 위상을 기준으로 상기 버퍼로부터 전송된 상기 클럭 신호의 상승 에지가 중앙에 위치하면,
상기 샘플러는 상기 데이터 신호를 변환하여 상기 복원 데이터 신호를 출력하는, 무선 광통신용 수신기의 클럭 데이터 복원 장치.
In Article 9,
If the rising edge of the clock signal transmitted from the buffer is located at the center based on the phase of the data signal,
A clock data recovery device of a wireless optical communication receiver, wherein the sampler converts the data signal and outputs the recovery data signal.
상기 클럭 데이터 복원부는,
상기 샘플러와 상기 전압-전류 컨버터 사이를 연결하는 복수의 스위치;를 더 포함하되,
상기 복수의 비교기의 출력 전압과 상기 복수의 SR 래치의 출력 전압이 동일하면 상기 복수의 스위치를 오프(off)하고,
상기 복수의 비교기의 출력 전압과 상기 복수의 SR 래치의 출력 전압이 상이하면 상기 복수의 스위치를 온(on)하고, 인에이블 신호를 생성하여 상기 전압-전류 컨버터의 동작을 제어하는, 무선 광통신용 수신기의 클럭 데이터 복원 장치.
In Article 7,
The above clock data restoration unit,
Further comprising a plurality of switches connecting between the sampler and the voltage-current converter;
If the output voltages of the above plurality of comparators and the output voltages of the above plurality of SR latches are the same, the above plurality of switches are turned off,
A clock data recovery device for a wireless optical communication receiver, which turns on the plurality of switches and generates an enable signal when the output voltages of the plurality of comparators and the output voltages of the plurality of SR latches are different, thereby controlling the operation of the voltage-current converter.
상기 인에이블 신호에 기초하여 상기 전압 제어 발진기의 입력 전압이 발생하는, 무선 광통신용 수신기의 클럭 데이터 복원 장치.
In Article 11,
A clock data recovery device for a wireless optical communication receiver, wherein an input voltage of the voltage controlled oscillator is generated based on the enable signal.
증폭부가 입력 전류를 전압으로 변환하고, 단일 아날로그 신호를 차동 아날로그 신호로 변환하는 단계;
아날로그 등화기가 상기 차동 아날로그 신호의 ISI(Inter Symbol Interference)를 제거하여 데이터 신호를 생성하는 단계; 및
클럭 데이터 복원부가 상기 데이터 신호를 샘플링하고, 상기 데이터 신호의 클럭 및 데이터를 복원하여 복원 데이터 신호를 출력하는 단계;를 포함하되,
상기 아날로그 등화기가 상기 차동 아날로그 신호의 ISI를 제거하여 상기 데이터 신호를 생성하는 단계는,
연속 시간 선형 등화기(Contrinuos Time Linear Equalizer, CTLE)가 상기 증폭부의 출력 신호인 상기 차동 아날로그 신호를 입력받아 상기 ISI를 제거하는 단계;
제1 증폭기에 상기 ISI가 제거된 상기 차동 아날로그 신호가 입력되는 단계;
상기 제1 증폭기와 직렬로 연결된 제2 증폭기에 상기 제1 증폭기의 출력 신호가 입력되는 단계;
로우레벨 증폭기에 상기 제1 증폭기의 로우레벨 대역 출력 신호가 입력되는 단계;
이득 제어기(Gain Controller, Gc)가 상기 로우레벨 증폭기의 출력 신호를 입력받아 상기 연속 시간 선형 등화기의 출력 신호를 피드백하는 단계; 및
상기 제2 증폭기가 피드백 받은 상기 연속 시간 선형 등화기의 출력 신호에 기초하여 상기 데이터 신호를 출력하는 단계;를 포함하고,
상기 이득 제어기는,
상기 아날로그 등화기의 감쇠 상수(damping factor)를 결정하고, 상기 아날로그 등화기의 주파수 대역폭을 제어하며,
상기 클럭 데이터 복원부는,
상기 데이터 신호의 위상에 대응되는 클럭 신호의 상승 에지의 위치에 기초하여 클럭 및 데이터를 복원하는 단계;를 포함하는 무선 광통신용 수신기의 클럭 데이터 복원 장치 동작 방법.
In the method of operating a clock data recovery device of a wireless optical communication receiver,
A step in which the amplifier converts the input current into voltage and converts a single analog signal into a differential analog signal;
A step of an analog equalizer removing ISI (Inter Symbol Interference) of the differential analog signal to generate a data signal; and
A step of a clock data recovery unit sampling the data signal, recovering the clock and data of the data signal, and outputting a recovered data signal; including:
The step of generating the data signal by removing the ISI of the differential analog signal by the above analog equalizer is:
A step of receiving the differential analog signal, which is the output signal of the amplifier, and removing the ISI through a continuous time linear equalizer (CTLE);
A step in which the differential analog signal with the ISI removed is input to the first amplifier;
A step of inputting an output signal of the first amplifier to a second amplifier connected in series with the first amplifier;
A step in which a low-level band output signal of the first amplifier is input to a low-level amplifier;
A step of a gain controller (Gc) receiving an output signal of the low-level amplifier and feeding back an output signal of the continuous-time linear equalizer; and
A step of outputting the data signal based on the output signal of the continuous-time linear equalizer fed back by the second amplifier;
The above gain controller,
Determine the damping factor of the above analog equalizer and control the frequency bandwidth of the above analog equalizer,
The above clock data restoration unit,
A method for operating a clock data recovery device of a wireless optical communication receiver, comprising: a step of restoring a clock and data based on the position of a rising edge of a clock signal corresponding to the phase of the data signal;
상기 클럭 데이터 복원부가 상기 데이터 신호의 클럭 및 데이터를 복원하여 상기 복원 데이터 신호를 출력하는 단계는,
샘플러가 상기 클럭 신호에 응답하여 상기 데이터 신호를 샘플링하는 단계;
상기 데이터 신호의 위상에 대응되는 상기 클럭 신호의 상승 에지의 위치에 따라 복수의 적분기 양단의 출력 전압 간의 차이가 발생되는 단계;
전압-전류 컨버터(VI Converter)가 상기 복수의 적분기 양단의 출력 전압 간의 차이값에 대한 전압을 전류로 변환하는 단계;
전압 제어 발진기(Voltage Controlled Oscillator, VCO)가 변환된 상기 전류에 대응하는 입력 전압에 따라 출력 신호의 주파수를 제어하고, 상기 주파수에 기초하여 상기 클럭 신호를 생성하는 단계;
버퍼가 상기 클럭 신호를 상기 복수의 적분기에 입력하는 단계; 및
상기 샘플러가 상기 복수의 적분기에서 입력받은 상기 클럭 신호에 기초하여 클럭 및 데이터가 복원된 상기 복원 데이터 신호를 출력하는 단계;를 포함하는 무선 광통신용 수신기의 클럭 데이터 복원 장치 동작 방법.
In Article 13,
The step of the clock data restoration unit restoring the clock and data of the data signal and outputting the restored data signal is:
A step of the sampler sampling the data signal in response to the clock signal;
A step in which a difference is generated between the output voltages of a plurality of integrators depending on the position of the rising edge of the clock signal corresponding to the phase of the data signal;
A step of converting a voltage-to-current converter (VI Converter) into a current the difference between the output voltages of the plurality of integrators;
A step of controlling the frequency of an output signal according to an input voltage corresponding to the converted current by a voltage controlled oscillator (VCO) and generating the clock signal based on the frequency;
a step of the buffer inputting the clock signal to the plurality of integrators; and
A method for operating a clock data recovery device of a wireless optical communication receiver, comprising: a step of the sampler outputting the recovered data signal in which the clock and data are recovered based on the clock signals received from the plurality of integrators.
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