데이터 의존형 지터 검출을 이용한 적응형 등화 수신기 설계

Title
데이터 의존형 지터 검출을 이용한 적응형 등화 수신기 설계
Authors
김태호
Keywords
데이터의존형지터검출을이용한적응형등화수신기설계
Issue Date
2012
Publisher
인하대학교
Abstract
최근 평판 디스플레이 패널의 대면적화 및 해상도, 색의 깊이, 프레임 레이트의 증가는 영상 출력을 위한 패널 내의 높은 데이터 전송속도를 요구하지만, 이는 큰 전력 소모를 야기한다. 패널 내에서 전송선로를 간소화 하고, 저 전력의 데이터 송수신을 위해 클록 정보가 주기적으로 삽입된 데이터를 이용하여 송수신하는 클록-임베디드 방식의 데이터 송수신기가 사용된다. 본 논문에서는 클록-임베디드 방식의 데이터로부터 클록과 데이터를 복원할 수 있는 지연 고정 루프 (delay-locked loop, DLL) 기반의 저 전력 데이터 복원기를 제안하고 이를 검증하였다. 일반적인 DLL 기반의 클록 및 데이터 복원기는 외부 기준 클록을 필요로 하지만 제안된 클록-임베디드 데이터 복원기는 외부 기준 클록 없이 데이터에 삽입된 클록 정보로 부터 펄스 신호를 생성하여 DLL의 기준 클록으로 사용한다. 데이터에 주기적으로 삽입된 클록 정보와 DLL에 의해 생성된 다중 위상 클록을 이용하여 병렬화된 데이터를 복원하기 때문에 병렬화기 (de-serializer) 와 워드 정렬기 (word alignment) 가 불필요하다. 제안된 데이터 복원기는 0.35-µm CMOS 공정을 이용하여 칩 제작 후 성능을 검증하였다. 클록 정보가 삽입된 1.7 Gbps의 데이터로부터 복원된 클록의 지터는 44 ps 이며 복원된 데이터의 지터는 54.6 ps (peak-peak) 로 측정되었다. 복원기의 소비 전류는 3.3 V 공급 전압에서 8 mA (출력 드라이버 제외) 로 측정되었다. 고속의 직렬 링크 인터페이스에서 등화기법은 데이터 송수신 시스템에서의 전송선로의 전기적인 특성으로 인해 제한된 전송 대역폭을 향상시킬 수 있지만, 온도, 습도, 열화 등 사용 환경에 의해 전기적인 특성은 변화되기 때문에 전송선로의 특성에 최적화하여 보상 제어할 수 있는 적응형 등화 수신기가 고려되어야 한다. 본 논문에서는 전송선로에 의해 야기되는 데이터 의존형 지터로부터 전송선로의 손실을 측정 후 피드-포워드 등화기 (feed-forward equalizer) 의 보상 크기를 제어하여 최적의 등화 상태를 유지할 수 있는 적응형 등화 알고리즘이 적용된 적응형 등화 수신기를 제안하고 이를 검증하였다. 제안된 적응형 등화 알고리즘은 클록 및 데이터 복원회로의 위상 검출기에 소수의 로직을 추가하여 데이터 의존형 지터를 검출하고 위상 검출기의 출력 신호를 재활용함으로서 등화기의 보상 크기를 제어한다. 제안된 알고리즘은 위상 검출기 동작을 위한 3개의 위상 클록만을 사용하기 때문에 클록 듀티 비율에 영향을 받지 않고 최적화된 보상 제어 값을 유지할 수 있다. 위상 검출기내의 데이터 검출을 위한 플립플롭에 단일 탭 디시전-피드백 등화기 (decision-feedback equalizer, DFE) 를 적용하여 적응형 알고리즘의 동작에 영향을 미치지 않고 추가적인 보상 이득을 얻었다. 제안된 적응형 등화 수신기는 0.13-µm CMOS RF 공정을 이용하여 칩 제작 후 성능을 검증하였다. 4 Gbps의 고정된 데이터 패턴과 불규칙 데이터 패턴을 적용하여 최대 40 인치 길이의 인쇄회로기판 채널에 대해 70 % 이상의 눈 열림을 유지하였다. 보상 범위는 최대 26 dB 까지 가능하며 20 dB의 보상 제어 범위를 갖는다. 1.2 V의 공급전압에서 제안된 적응형 등화 알고리즘의 소비 전력은 2 mW이며 전체 수신기의 전력은 49 mW (출력 드라이버 제외) 로 측정되었다.
Description
제 1 장 서 론 1 제 2 장 고속 직렬 링크 인터페이스 3 2.1 고속 직렬 링크 인터페이스 기본 구조 3 2.1.1 송신기의 구조 5 2.1.2 수신기의 구조 10 2.2 클록 및 데이터 복원 회로 12 2.2.1 기본 구조 13 2.2.2 위상 검출기 15 2.3 데이터 전송 신호 기법 20 2.3.1 비제로 복귀 방식 20 2.3.2 진폭변조 21 2.3.3 듀오바이너리 22 제 3 장 전송선로 특성 26 3.1 표피 효과 및 유전 손실 27 3.2 주파수 영역에서의 전송선로 특성 분석 29 3.3 전송선로의 전기적 특성 변화 32 3.4 전송선로 분석 방법 35 3.4.1 S-파라미터를 이용한 전송선로 모델링 절차 35 3.4.2 전송선로 모델 신뢰성 확인 45 제 4 장 적응형 등화 기법 51 4.1 등화 기법 51 4.1.1 피드-포워드 등화기 52 4.1.2 디시전-피드백 등화기 56 4.1.3 프리-앰퍼시스 59 4.2 적응형 알고리즘 61 4.2.1 주파수 성분 측정 방법 61 4.2.2 스펙트럼-균형 기법을 이용한 등화 기법 64 4.2.3 천이 시간 검출 측정 방법 67 4.2.4 눈 모니터링 기법 70 4.2.5 송신기측 적응형 알고리즘 기법 71 4.2.6 지터 감소 기법 74 제 5 장 클록-임베디드 데이터 복원기 77 5.1 평판 디스플레이 인터페이스 77 5.2 지연 고정 루프 기반의 클록-임베디드 데이터 복원기 78 5.3 측정 결과 및 고찰 85 5.3.1 실험 환경 85 5.3.2 측정 결과 및 고찰 87 제 6 장 제안하는 적응형 등화 수신기 설계 94 6.1 전체적인 수신기의 구조 94 6.2 제안하는 적응형 등화 알고리즘 96 6.3 수신기 구성 회로 102 6.3.1 등화기 102 6.3.2 클록 및 데이터 복원 회로 105 6.3.3 위상 고정 루프 115 6.4 전체 모의실험 결과 및 고찰 116 6.5 측정 결과 및 고찰 125 6.5.1 실험 환경 125 6.5.2 적응형 등화기 측정 결과 및 고찰 128 6.5.3 클록 및 데이터 복원회로 측정 결과 및 고찰 133 제 7 장 결론 및 향후 연구 방향 139 참 고 문 헌 142
URI
http://dspace.inha.ac.kr/handle/10505/23512
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College of Engineering(공과대학) > Electronic Engineering (전자공학) > Theses(전자공학 석박사 학위논문)
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