[發明專利]用于延時鎖定環的可配置鑒相器

有效

• 申請號: 200910242496.2
• 申請日: 2009-12-15
• 公開（公告）號: CN101789784A
• 公開（公告）日: 2010-07-28
• 發明（設計）人: 王慜;陳雷;張彥龍;李學武;劉增榮;禹放斌
• 申請（專利權）人: 北京時代民芯科技有限公司;中國航天時代電子公司第七七二研究所
• 主分類號: H03L7/08
• 分類號: H03L7/08
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 范曉毅

技術領域

本發明涉及鑒相器電路，尤其是涉及一種用于延時鎖定環的可配置鑒相器。?

背景技術

隨著FPGA尺寸和密度增加，設計工藝向深亞微米或納米進軍，芯片上時鐘的分布質量變得越來越重要，時鐘相位差和時鐘延時成為影響芯片性能的關鍵因素之一。在大規模、高速現場集成設計中，時鐘網絡上分支數目越來越多，用傳統的時鐘樹方法，在各個分支中間用緩沖器的大小來調整各分支上的時鐘延時，以減小時鐘相位差和時鐘延時變得十分困難。鎖相環技術為FPGA電路中時鐘管理存在的問題開辟了新的方向，鎖相環技術包括延時鎖定環DLL(Delay-Locked?Loop)和相位鎖定環PLL(Phase-Locked?Loop)，用于驅動全局時鐘，全局時鐘分布網絡根據不同的負載將時鐘相位差最小化，并有效消除設備內從外部輸入端口到時鐘負載之間的延遲，主要用來提供零傳播延時、低時鐘相位差和高級時鐘區域控制。除此之外，還可以實現時鐘的倍頻、分頻輸出等功能，生成穩定的延遲或多相位時鐘，特別是高頻應用中，可以簡化FPGA的設計。鑒相器作為鎖相環電路的一個重要組成部分，主要用于判定參考時鐘和反饋時鐘之間的相位差，并在兩個時鐘同步時，輸出鎖定信號，其性能對整個鎖相環的性能起著至關重要的作用。?

常見的鑒相器可以分為數字鑒相器和模擬鑒相器兩種，模擬鑒相器的系統傳遞函數有兩個或多個極點，響應時間較長，構成的系統穩定性差，且該實現占用較大的芯片面積，在主流設計中已很少使用。數字鑒相器是一個單極系統，在穩定性和響應時間上都存在優勢。廣泛使用數字鑒相器有：異或門鑒相器、經典超前滯后鑒相器、Hogge鑒相器，Meghelli鑒相器等，如圖1中所示，左圖為異或門鑒相器基本原理圖，右圖為經典超前滯后鑒相器原理圖。左圖所示?的是異或門鑒相器，由一個兩輸入異或門組成，異或門的兩端分別輸入參考時鐘和反饋時鐘，那么異或門的會以脈沖形式輸出兩個時鐘的相位差信息。這種方法設計簡單，占用的芯片面積較小，對上升沿和下降沿都產生表示相位差信息的脈沖信號。利用輸出信號的直流分量與參考時鐘和反饋信號的相位差成線性正比的特性工作，但當相位差為90°時，輸出信號的高電平時間和低電平時間相等，輸出信號的直流分量為0，該鑒相器失效。?

右圖所示的是經典的超前滯后鑒相器，該鑒相器廣泛應用雨電荷泵鎖相環中，這種方法利用D觸發器的沿采樣特性，對輸入信號占空比不再有限制。輸出信號UP和DOWN分別表示反饋時鐘和參考時鐘之間相位的超前和滯后關系，使鑒相器更方便靈活地與后續電荷泵(CP)通信。但是當兩個輸入時鐘信號的上升沿脈沖達到頻率接近時，鑒相器的兩個輸出均為低，電荷泵處于高阻態。若此時相位差發生輕微變化，由于電路存在延遲，鑒相器不能立即對此做出響應，因此電荷泵仍處于高阻態，即所謂的鑒相死區。?

目前的研究都沒有解決的問題是：不同的設計對鑒相器的精度要求不同，而鑒相精度、環路鎖定時間與延時單元精度相互制約，高的鑒相精度必然需要高的延時單元精度，也必然導致長的環路鎖定時間，這樣，對于不需要高的鑒相精度的設計而言，可以優先考慮短的環路鎖定時間，也可以降低延時單元的設計難度。另外，對于非理想鑒相器，不正確的相位差信息，可能導致在鎖相環電路輸出信號中產生時鐘周期與周期之間的抖動。數字鑒相器在零相位差附近的一個區域中可能呈現較低增益或零增益，該低增益區通常被稱為死區，死區問題的存在極大地限制了鑒相器的性能，早期的設計者通過有意地引入一個相位差，使鑒相器不工作在零相位差附近區域來解決鑒相死區問題，雖然該方法也有效，但會在鎖相環頻率綜合器的輸出產生噪聲。?

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的上述不足，提供一種用于延時鎖定環的可配置鑒相器，可以通過改變內嵌配置SRAM中的數據，針對不同的應用要求設置不同的鑒相精度，以動態調整環路鎖定時間，實現了細調、粗調的可控制性，節約了資源并提高了效率。?

本發明的上述目的是通過如下技術方案予以實現的：?

用于延時鎖定環的可配置鑒相器，包括配置SRAM、整體復位模塊、超前滯后信號產生模塊和細調范圍鑒別信號產生模塊，其中：?

配置SRAM：用于接收并存儲外部輸入的控制數據并輸出給整體復位模塊和細調范圍鑒別信號產生模塊，其中輸出給整體復位模塊的控制數據，用于判斷輸入整體復位模塊中的全局復位信號高電平有效或低電平有效，輸出給細調范圍鑒別信號產生模塊的控制數據，用于設定細調范圍鑒別信號產生模塊中的細調鑒別范圍；?