第四章 時脈資料回復電路
4.5 迴路濾波器
4.5 迴路濾波器
迴路濾波器的輸出將控制數位-類比轉換器的輸出電流，進而改變相位內插器 內插出來的權重比，藉此達到最佳取樣相位的目的，而迴路濾波器的值將會依照 相位偵測器產生的修正信號而改變，當修正信號為”Up”時，迴路濾波器的值將會 變大; 當修正信號為”Down”時，迴路濾波器的值將會變小。在本論文中，迴路濾 波器為五位元，其值將會介於0 到 31 之間。迴路濾波器的位元數越少，將會使 得錯誤率提升;但若是迴路濾波器的值越大，雖然可減少錯誤率，但是卻需要大 量的硬體，將會使得晶片面積、功率消耗變大，同時操作速度也會變慢。因此在 這邊的取決方式除了要符合EPON 規格之外，要以最少的位元數達到錯誤率小 於10−12的目的。此外，為了要達到快速鎖定的目的，我們在迴路濾波器的地方 加入了執行二位元搜尋法的電路，也就是把迴路濾波器的初始值設定為16，依 照相位偵測器產生的Up/Down 信號依次做± 8、 ± 4、 ± 2、 ± 1，只要執行四次
搜尋，也就是16 個位元之後，便能找到最佳的取樣相位。
迴路濾波器的架構如 Fig 4.13 所示，主要包含了二個移位暫存器，分別是 SAR 控制器以及DAC 控制器。SAR 控制器控制的是二位元搜尋法執行的順序，而 DAC 控制器的輸出將直接控制數位-類比轉換器，由於數位-類比轉換器是採用溫 度計碼的架構，所以DAC 控制器需要 31 個正反器組成。
SAR Controller
DAC Controller 5
31
5 Bits DAC Up
Down
Loop Filter
Fig 4.13 迴路濾波器的架構圖
SAR 控制器的電路架構如 Fig 4.14 所示，主要是以移位暫存器所組成的，一 共包含了五個正反器，以及一些數位邏輯閘。一開始load=1 時，A1、A2、A3、
A4、A5 將會被預設為 10000，當開始執行二位元搜尋法，相位偵測器每偵測到 一次資料轉換，將會把”1”依序往下傳遞一個位元，比如相位偵測器連續偵測到 四次資料轉換，A1、A2、A3、A4、A5 的變化依序為
10000-01000-00100-00010-00001，等到最後值變為 00001 時，代表的意義是 二位元搜尋法已經執行完畢，接下來當發生資料轉換時，SAR 控制器的值都不 會再改變，除非Load=1 時會把其值做重置。
Fig 4.14 SAR 控制器電路
SAR 控制器的輸出將控制執行二位元搜尋法執行的順序，當 A1=1 時，會 使得DAC 控制器依照相位偵測器產生的 Up/Down 信號作± 8 的動作; 當 A2=1 時，會使得DAC 控制器依照相位偵測器產生的 Up/Down 信號作± 4 的動作; 當 A3=1 時，會使得 DAC 控制器依照相位偵測器產生的 Up/Down 信號作± 2 的動 作; 當 A4 或者 A5=1 時，會使得 DAC 控制器依照相位偵測器產生的 Up/Down 信號作± 1 的動作。
而電路實現的方式如Fig 4.15 所示，由一組開關去選擇移位幾個位元，而 控制信號則是A1、A2、A3、A4、A5。
確，所以在這邊我們使用硬體描述語言Verilog 來做整個系統的模擬。Fig 4.17 為模擬結果，
φ
1、φ
2、φ
3為相位偵測器中使用到的三組取樣相位，φ
5為迴路濾波 器的時脈信號。我們可以發現一開始三組取樣相位並沒有鎖定，而迴路濾波器的 初始值設為16(10000)，經由二位元搜尋法之後，迴路濾波器最後的值為 01001，我們可以發現已經鎖定了。