A Dual-Path Phase Interpolator with Enhanced Linearity for Clock and Data Recovery

Abstract

This paper proposes a dual-path phase interpolator with enhanced linearity for adaptive compensation of amplitude-to-phase conversion distortion, aiming to improve the accuracy of the clock used in clock and data recovery (CDR) circuits. The proposed architecture uses two integral-type phase interpolators and combines their outputs to generate a signal with more accurate phase characteristics. In particular, by considering amplitude-to-phase conversion distortion caused by the variation in output amplitude depending on the input state of the phase interpolator, the input configuration of the phase interpolator is adjusted according to the degree of distortion, thereby optimizing the linearity of the phase interpolator. Previous studies attempted to address amplitude-to-phase distortion by using multiple phases or simple coupling between phase interpolators. They also attempted to secure the linearity of the phase interpolator by creating a lookup table that maps each input state to a corresponding output. However, these methods struggled to adapt to varying levels of distortion, making it difficult to consistently achieve optimal integral non-linearity (INL). Therefore, a new approach was needed to adjust the phase configuration in real-time based on the observed phase. The proposed method adjusts the input state of the phase interpolator using a digital control scheme, based on the measured phase difference obtained through asynchronous sampling, until a targeted phase difference is achieved. This allows the interpolator to maintain optimal phase accuracy even in the presence of varying integral non-linearity caused by amplitude-to-phase distortion. Keywords: Dual-path phase interpolator, Integrating-mode phase interpolator, AM-to-PM conversion distortion, Integral non-linearity, Asynchronous sampling| 본 논문에서는 클럭 및 데이터 복구 회로에 사용되는 클럭의 정확성을 높이기 위하여 진폭-위상 변환 왜곡 적응을 위한 선형성을 향상시킨 이중 경로 위상 보간기를 제안한다. 제안된 구조는 적분 방식 위상 보간기를 두 개를 사용하여 각각의 신호를 결합하여 보다 정확한 위상을 가지는 신호를 만들어 내었다. 특히, 위상 보간기의 입력 상태에 따라 다르게 출력되는 진폭으로 인해 발생하는 진폭-위상 변환 왜곡을 고려하여 위상 보간기의 입력 상태에 대한 조성을 왜곡의 정도에 따라 조절함으로써 최적화된 위상 보간기의 선형성을 최적화할 수 있었다. 이전 연구에서는 진폭-위상 변환 왜곡을 다중 위상의 사용이나 단순히 위상 보간기 간의 결합으로 해결하려 하였고, 위상 보간기의 입력 상태에 대해 순람표를 만들어 일대일 대응 방식을 통해 위상 보간기의 선형성을 확보하려는 시도가 있었다. 그러나 해당 방식들은 공정, 온도, 및 전압 변화에 따라 발생하는 왜곡에 대응하지 못하였기 때문에 매번 최적의 적분 선형성을 확보하는 것에 어려움을 겪었다. 따라서 위상 보간기의 위상을 실시간으로 확인하여 위상의 조성을 실시간으로 바꿔주는 방식에 대한 연구가 필요했다. 제안된 위상보간기의 입력 상태에 대한 제어 방식은 두 개의 적분 장식 위상 보간기의 신호에 대한 비동기 샘플링을 통해 얻은 위상 차이 정도를 얻어낸다. 얻어낸 위상 차이 정도를 바탕으로 디지털 제어 방식을 통해 설정된 위상 차이 정도에 도달할 때까지 입력 상태를 조정하였다. 이를 통하여 진폭-위상 변환 왜곡으로 인한 위상 보간기의 적분 비선형성의 변화에도 최적의 위상 정확도를 가지도록 하였다. 핵심어: 이중 경로 위상 보간기, 적분 방식 위상 보간기, 진폭-위상 변환 왜곡, 적분 비선형성, 비동기 샘플링