专利名称：数据恢复电路及相关方法
技术领域：
本发明是提供一种时钟和数据恢复电路(clock and data recovery)及相关方法，特别指一种能防止信号抖动(jitter)的数据恢复电路及相关方法。
背景技术：
在现代的信息社会中，大量电子数据的传播与处理，丰富了人类的生活，并使情报、知识与信息的快速地交换，加快了科技发展的速度。一般而言，在传播、处理电子数据时，都要配合一定的时钟，以正确地解析出电子数据中串行形式的数据内容，并协调电子数据处理的工作。
为了要从输入数据得知其对应的时钟以恢复数据，数据恢复电路是不可或缺的。请参考图1。图1为一公知的数据恢复电路10的电路方块图。数据恢复电路10会根据一参考的输入数据IN，以产生另一个与输入信号IN同步的输出时钟OUT。数据恢复电路10中设有一比较电路18、一充电电路20、一滤波电路24、一压控振荡电路26以及1/N分频器27。充电电路20中有两个偏置电路22A与22B与两个分别受比较电路输出的控制信号CRA与CRB控制的电流源Ip1及Ip2。偏置电路22A与22提供工作偏置使电流源Ip1及Ip2能正常工作。而分别受控制信号CRA、CRB控制的电流源Ip1及Ip2两者总加的效应，则会在节点P0产生充放电电流Ip，并将其输出至滤波电路24中。滤波电路24中有一电阻Rp与电容Cp、C0以组成低通滤波电路；当充电电路20提供的充电电流Ip进入滤波电路24后，就会对电容Cp充电，藉此在节点P1建立一控制电压Vp。振荡电路26会接受控制电压Vp的控制，产生频率对应于控制电压Vp的输出信号OUT；换句话说，由振荡电路26产生的输出信号OUT的频率，会对应于控制电压Vp的大小(通常是控制电压Vp越大、输出信号OUT的频率也越高)。最后，经过分频器27分频过后的输出信号OUT会反馈到比较电路18；比较电路18会比较输入信号IN与输出信号OUT间的相位差，并针对相位差对应地控制充电电路20中的电流源Ip1及Ip2。充电电路20受比较电路18控制之后，会产生对应的充电电流Ip；充电电流Ip会对应地改变滤波电路24的控制电压Vp，并使振荡电路26调整输出信号OUT的频率与相位，使其与输入信号IN更能趋于同步。藉着输出信号OUT的反馈，数据恢复电路10可逐渐调整输出信号OUT的频率相位，最后使输出信号OUT与输入信号IN的相位相同(即同步)。
请参考图2。图2为公知数据恢复电路10工作时，其内部相关信号的波形图。图2的横轴为时间，各波形的纵轴为振幅的大小；由图2上方至下方排列的分别是控制信号CRB、控制信号CRA、充电电流Ip及控制电压Vp的波形图。在图2的例子中，控制信号CRA在时间dt1为高电平，控制信号CRB在时间(dt2+dt3)为高电平。为了要使振荡电路26能调整输出信号OUT以补偿上述的周期误差，控制振荡电路26的控制电压Vp也要能做出对应周期误差的改变。换句话说，控制电压Vp的改变要能反应出输入信号IN与输出信号OUT间的相位差，使振荡电路26能根据控制电压Vp的改变，调整输出信号OUT的频率与相位。
为了要达到上述的目的，数据恢复电路10的工作情形可描述如下。在数据恢复电路10工作时，控制信号CRB与CRA的波形分别用来控制电流源Ip1及Ip2的电流(当信号电平为高时，导通对应电流源提供一定电流I；当信号电平为低时，使对应电流源不提供电流)。所以，在时点tp0及tp1间，由电流源Ip1提供的充电电流Ip会造成大小为I的充电电流Ip(充电电流Ip的方向请参考图1)。这样的充电电流Ip会使滤波电路24的控制电压Vp由原先的电压Vp0上升至电压Vp1。因为时点tp0到tp1间的时间为dt1，控制电压Vp电压上升的幅度也会正比于时间dt1。控制信号在时点tp2及tp3间，会使电流源Ip2主控充电电流Ip的大小，使充电电流Ip对电容C0、Cp放电，并使控制电压Vp由电压Vp1下降至电压Vp2。整体而言，在时间tp0到tp3时，控制电压Vp会由原先的电压Vp0先上升至电压Vp1，再从电压Vp1下降至电压Vp2。这样一来，控制电压Vp在时点tp0前的电压Vp0与控制电压Vp在时点tp3后的电压Vp2间的电压改变，就会对应于输入信号IN与输出信号OUT间的相位差。而振荡电路26也可根据控制电压Vp的改变调整输出信号OUT的频率相位。
上述公知数据恢复电路10工作方式的缺点就是会造成控制电压Vp的相位差抖动(jitter)过大。如前所述，控制电压Vp要能反应输入、输出信号间的相位差，只要由原先的电压Vp0改变至电压Vp2就可以了；因为电压Vp0与电压Vp2间的电压改变就对应于相位差。但是，在公知数据恢复电路10中，控制电压Vp却要经历先由电压Vp0上升至电压Vp1，再由电压Vp1下降至电压Vp2的暂态变化。这样不必要且变化幅度甚大的暂态变化会造成输出信号OUT中的信号抖动(jitter)。至于输出信号OUT中信号抖动的情形，请参考图3。图3为公知数据恢复电路10所产生的输出信号OUT受信号抖动影响的情形；图3的横轴即为时间，纵轴为波形的大小。由于振荡电路26受控制电压Vp控制，任何控制电压Vp的变化，都会影响振荡电路26所产生的输出信号OUT。控制电压Vp的起伏变化的暂态变化会使输出信号OUT的频率随之漂动，造成输出信号OUT中各周期的时间长短不规则的变化。像在图3中，当输出信号OUT要在时点tp0的周期(对应于控制电压Vp为电压Vp0时)变成在时点tp3的周期(对应于控制电压Vp为电压Vp2)时，输出信号OUT会因控制电压Vp的高低变化暂态变化而使其频率忽快忽慢、周期忽小忽大的时间Tc；这就是所谓的信号抖动(jitter)。频率不规则变化的信号抖动会累积而干扰输出信号OUT的周期，使输出信号OUT无法正确地与输入信号IN同步。因为控制电压Vp的短时间暂态变化变化在输出信号OUT中所产生的信号抖动是属于高频的信号抖动；如熟知锁相技术者所知，高频的信号抖动很难以数据恢复电路10本身的反馈方式加以补偿。数据恢复电路10中滤波电路26的低通特性会滤去高频信号抖动在输入及输出信号间所造成的周期误差，反而使数据恢复电路10难以补偿高频的信号抖动，并使输出信号要花较长时间才能与输入信号同步。
发明内容
因此，本发明的主要目的在于提供一种可抑制控制电压中暂态变化变化的数据恢复电路及相关控制方法，以消除控制电压中不必要的暂态变化现象，解决公知技术的缺点。
为了达成上述的目的，本发明提供一种数据恢复电路，用来根据一输入信号，产生一与该输入信号同步的输出信号。该数据恢复电路包含有一充电电路(charge pump)，用来根据输入信号与输出信号的相位差，产生一充放电电流；一第一滤波电路，电连接到充电电路，用来根据充放电电流产生一对应的输出电压；一振荡电路，用来根据一电压调整该输出信号的频率或相位；一开关电路，电连接到第一滤波电路与振荡电路之间，用来控制第一滤波电路与振荡电路间的电连接；以及一第二滤波电路，电连接到开关电路与振荡电路之间，用来调整第一滤波电路输出至振荡电路的输出电压。其中，当充电电路操作期间，开关电路会切断第一滤波电路与振荡电路间的电连接；当充电电路操作完毕后，开关电路会使第一滤波电路电连接到振荡电路，使振荡电路可根据第一滤波电路的输出电压调整输出信号的频率或相位。
图1为一公知数据恢复电路的电路方块图。
图2为图1中数据恢复电路工作时各相关信号的波形时序图。
图3为图1中数据恢复电路所造成的信号抖动的波形示意图。
图4为本发明数据恢复电路的电路方块图。
图5为图4中数据恢复电路工作时各相关信号的波形时序图。
图6为图4中数据恢复电路所产生的输出信号的波形示意图。
附图符号说明30本发明的数据恢复电路 IN输入信号OUT输出信号38比较电路40充电电路 42A、42B偏置电路44第一滤波电路 46振荡电路48开关电路 50第二滤波电路52控制信号 I1、I2电流源Rp电阻 C1第一电容C2第二电容 N0、N1、N2节点Vop输出电压Vc控制电压Ic充电电流37分频器具体实施方式
请参考图4。图4为本发明数据恢复电路30的电路方块图。本发明的数据恢复电路30会根据输入信号IN，复原出对应的时钟，也就是输出信号OUT。数据恢复电路30中设有比较电路38、充电电路40、第一滤波电路44、开关电路48、第二滤波电路50与振荡电路46、1/N分频器37。充电电路40中有偏置电路42A及42B，与两个电流源I1及I2。偏置电路42A与42B提供工作偏置，使电流源I1、I2能正常工作。电流源I1及I2分别受比较电路38产生的控制信号CRA、CRB的控制，可在节点N0提供充放电电流Ic。第一滤波电路44中有一第一电容C1，形成一低通滤波器。充电电流Ic会充入第一滤波电路44，使第一滤波电路44能在节点N1输出一输出电压Vop。开关电路48可受控制信号52的控制导通或开路，连带地控制第一滤波电路44与第二滤波电路50间的电连接。第二滤波电路50中则有一第二电容C2、电容Cp及电阻Rp；第二滤波电路50会在节点N2输出一控制电压Vc，用来控制振荡电路46。根据控制电压Vc，振荡电路46会产生频率对应于控制电压Vc大小的输出信号OUT。振荡电路46产生的输出信号OUT会先被分频器37分频后再反馈到比较电路38。比较电路38会比较出输入信号IN与输出信号OUT间的相位差，并对应地控制充电电路40中的两电流源I1及I2。由电流源I1及I2形成的充电电流Ic会在第一滤波电路44的节点N1建立第一滤波电路44的输出电压Vop。开关电路48会在适当时机将第二滤波电路50电连接到第一滤波电路44，第一滤波电路44的输出电压Vop会经由第二滤波电路50的电荷共享(charge sharing)而调整而成为对应的控制电压Vc。控制电压Vc会控制振荡电路46调整其产生的输出信号OUT的相位，使其得以和输入信号IN同步。
本发明的数据恢复电路30也要将输入信号IN与输出信号OUT间的相位差反应于控制电压Vc中，使振荡电路46能根据控制电压Vc来调整输出信号OUT的频率。请参考图5。图5为本发明数据恢复电路30中各信号的波形时序图；图5的横轴即为时间，各波形的纵轴为波形的振幅大小。图5由上而下排列的分别是控制信号CRB、控制信号CRA、充放电电流Ic、输出电压Vop、控制信号52以及控制电压Vc的波形。本发明中数据恢复电路30的比较电路38也以和公知技术中的比较电路18相同的模式控制电流源I1及I2(当控制信号CRA为高电平时，控制电流源I1提供恒定电流I，反之则不提供电流；控制信号CRB也以同样模式控制电流源I2)。至于本发明中控制开关电路48的控制信号52会在高电平时导通开关电路48，并使第一滤波电路44电连接到第二滤波电路50。相对地，当控制信号52在低电平时，开关电路48会开路使第二滤波电路50不会电连接到第一滤波电路44。
要反应输出信号OUT与输入信号IN间的相位差，控制电压Vc也要有对应的电压变化。因为充电电流Ic在时点tp0及tp3之间随控制信号CRA、CRB两者间的波形差异而变化，第一滤波电路44的输出电压Vop也会如同公知技术中的控制电压Vp一般，先由原来的电压Vp0上升至电压Vp1再下降至电压Vp2。虽然电压Vp0与电压Vp2间的电压变化会反应输入信号IN与输出信号OUT间的相位差，但输出电压Vop会和公知技术中的控制电压Vp一样，会有不必要的暂态变化存在。为了避免此暂态变化影响振荡电路46所产生的输出信号OUT而造成不理想的信号抖动，本发明中是以开关电路48来适当地隔离第一滤波电路44输出电压Vop的暂态变化。当第一滤波电路44的输出电压Vop仍在暂态变化而不稳定时(也就是在时点tp0至tp3之间时)，控制信号52会维持在低电平，使开关电路48开路而不导通。如此一来，第一滤波电路44也不会电连接到第二滤波电路50；第二滤波电路50在节点N2的控制电压Vc也不会随输出电压Vop而出现暂态变化的变化。
过了时点tp3之后，控制信号52才会变为高电平，此时开关电路48会导通，第二滤波电路50也会电连接到第一滤波电路44。根据此时在第一滤波电路44中的输出电压Vop，第二滤波电路50中的第二电容C2会经由开关电路48被充放电，进而改变在节点N2的控制电压Vc。就如同图5中控制电压Vc的波形所示，在时点tp0至时点tp3间，因为控制信号52维持在低电平，第二滤波电路50不会电连接到第一滤波电路44；第二滤波电路50的控制电压Vc也不会改变。到了时点tp3之后，因为控制信号52变为高电平，第二滤波电路50会通过开关电路48电连接到第一滤波电路44，而控制电压Vc也会由时点tp3前的电压Vc0平缓地变化至电压Vc1；而在时点tp4之后，控制电压Vc就会固定。其中电压Vc0会对应于输出电压Vop中的电压Vp0(此关系会跟第一电容C1、第二电容C2的电容值有关；譬如说，电压Vp0为电压Vc0的两倍)；同理，电压Vc1也会以同样的对应关系对应于电压Vp1。这样一来，输出电压Vop正比于相位差的电压差别，就会因为输出电压Vop与控制电压Vc间固定的对应关系，而使得电压Vc0与电压Vc1间的电压差别同样正比于相位差。根据控制电压Vc的变化，振荡电路46就可以正确并快速有效地调整输出信号OUT使其与输入信号IN同步了。
由以上对本发明工作的描述可知，虽然本发明中第一滤波电路44的输出电压Vop会有如同公知技术般的不理想暂态变化存在，但由本发明中开关电路适当的隔离，真正用来控制振荡电路46的控制电压Vc并不会受到输出电压Vop的随时间起伏的暂态变化影响。等到输出电压Vop恢复稳定时，控制电压Vc才会根据输出电压Vop而改变。如此一来，不但本发明中的振荡电路46能正确地依照控制电压Vc来调整输出信号OUT的频率，也能减少控制电压Vc中的起伏暂态变化造成输出信号OUT的信号抖动。请参考图6。图6为本发明中输出信号OUT随控制电压Vc的变化而调整周期的波形示意图。当本发明中的输出信号OUT要由在时点tp0的周期(对应于控制电压Vc为电压Vc0时)改变为在时点tp4的周期(对应于电压vc1)时，因为控制电压Vc是平缓的变化(请参考图5中控制电压Vc的波形)，本发明中的输出信号OUT在改变周期的过程中也不会有频率忽高忽低的信号抖动，而是以平顺变化的方式改变周期。另外，为使本发明的效能更好，可使控制信号CAR、CRB的导通(on)时期有重叠(overlap)。
与公知技术会在控制电压中引入暂态变化而造成输出信号的信号抖动相比较，本发明的技术能以一开关电路的控制减少控制电压的暂态变化，减少或排除输出信号的信号抖动，进一步确保时钟与数据恢复的正确性。请注意，虽然以上对本发明技术的讨论中是以比较电路对充电电路中的一特定控制模式为例，但本发明锁相技术可广泛应用于各种不同控制模式的情况，也可以避免各种充电电路在建立控制电压的过程中造成的不理想暂态变化影响。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求书所做的等效变化与修改，皆应属本发明的涵盖范围。
权利要求
1.一种数据恢复电路，用来根据一输入信号，产生一与该输入信号同步的输出信号；该数据恢复电路包含有一充电电路，用来根据输入信号与输出信号的相位差，产生一充放电电流；一第一滤波电路，电连接到该充电电路，用来根据充放电电流产生一对应的输出电压；一振荡电路，用来根据一电压调整该输出信号的频率或相位；一开关电路，电连接到该第一滤波电路与该振荡电路之间，用来控制该第一滤波电路与该振荡电路间的电连接；以及其中当该充电电路操作期间，该开关电路会切断该第一滤波电路与该振荡电路间的电连接；当该充电电路操作完毕后，该开关电路会使该第一滤波电路电连接到该振荡电路，使该振荡电路可根据该第一滤波电路的输出电压调整该输出信号的频率或相位。
2.如权利要求1所述的数据恢复电路更包含一第二滤波电路，电连接到该开关电路与该振荡电路之间，用来调整该第一滤波电路输出至该振荡电路的输出电压。
3.如权利要求1所述的数据恢复电路，其中该第一滤波电路中包含有至少一第一电容，其中该充放电电流会对该第一电容充放电以改变该第一滤波电路输出电压的大小。
4.如权利要求2所述的数据恢复电路，其中该第二滤波电路中包含有至少一第二电容；当该开关电路使该第一滤波电路电连接到该振荡电路时，该第二电容会被该第一滤波电路的输出电压充放电而改变该输出电压的波形。
5.一种数据恢复电路，用来根据一输入信号，产生一与该输入信号同步的输出信号；该数据恢复电路包含有一充电电路，用来根据该输入信号与输出信号的相位差，产生一充放电电流；一第一滤波电路，电连接到该充电电路，用来根据该充放电电流产生一对应的输出电压；一振荡电路，用来根据一电压调整该输出信号的频率或相位；一开关电路，电连接到该第一滤波电路与该振荡电路之间，用来控制该第一滤波电路与该振荡电路间的电连接；以及一第二滤波电路，电连接到该开关电路与该振荡电路之间，用来调整该第一滤波电路输出至该振荡电路的输出电压；其中当该充电电路操作期间，该开关电路会切断该第一滤波电路与该振荡电路间的电连接；当该充电电路操作完毕后，该开关电路会使该第一滤波电路电连接到该振荡电路，使该振荡电路可根据该第一滤波电路的输出电压调整该输出信号的频率或相位。
6.如权利要求5所述的数据恢复电路，其中该第二滤波电路中包含有至少一第二电容；当该开关电路使该第一滤波电路电连接到该振荡电路时，该第二电容会被该第一滤波电路的输出电压充放电而改变该输出电压的波形。
7.如权利要求6所述的数据恢复电路，其中该第一滤波电路中包含有至少一第一电容，其中该充放电电流会对该第一电容充放电以改变该第一滤波电路输出电压的大小。
8.一种使用于一数据恢复的方法，用来根据一输入信号，产生一与该输入信号同步的输出信号；该方法包含有根据该输入信号与输出信号的相位差，产生一充放电电流；根据该充电电流产生一对应的输出电压；以及仅于该输出电压的波形稳定之后，根据该输出电压调整该输出信号的频率或相位。
9.如权利要求8所述的方法，其中该输出电压是由该充放电电流对一滤波电路充放电而产生。
全文摘要
本发明提供一种数据恢复电路，用来根据输入信号，产生与该输入信号同步的输出信号。该电路包含有充电电路，用来根据输入信号与输出信号的相位差，产生暂态变化充放电电流；暂态变化第一滤波电路，电连接到充电电路，用来根据充放电电流产生暂态变化对应的输出电压；暂态变化振荡电路，用来根据暂态变化电压调整该输出信号的频率或相位；暂态变化开关电路，电连接到第一滤波电路与振荡电路之间，用来控制第一滤波电路与振荡电路间的电连接；以及暂态变化第二滤波电路，电连接到开关电路与振荡电路之间，用来调整第一滤波电路输出至振荡电路的输出电压。其中，可使振荡电路可根据第一滤波电路的输出电压调整输出信号的频率或相位。
文档编号H03L7/06GK1417948SQ0215249
公开日2003年5月14日 申请日期2002年12月2日 优先权日2002年12月2日
发明者林志峰, 林欣杰, 谢义滨 申请人:威盛电子股份有限公司