[發(fā)明專利]一種測(cè)量全數(shù)字鎖相環(huán)小數(shù)相位誤差的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110447266.0
• 申請(qǐng)日: 2021-04-25
• 公開（公告）號(hào): CN113179100B
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李智群;姚艷;陳伯凡;李振南;王曉偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): H03L7/18
• 分類號(hào): H03L7/18
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 陳建和

本發(fā)明公開了一種測(cè)量全數(shù)字鎖相環(huán)小數(shù)相位誤差的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器，基于緩沖延時(shí)鏈和游標(biāo)延時(shí)鏈的級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)，采用時(shí)間窗技術(shù)，通過(guò)對(duì)頻率較低的參考時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行延時(shí)，并提取單個(gè)時(shí)鐘信號(hào)上升/下降沿進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)；采用電路復(fù)用技術(shù)，對(duì)第一級(jí)量化單元的上升/下降沿檢測(cè)延時(shí)鏈進(jìn)行復(fù)用，同時(shí)對(duì)第二級(jí)量化單元的粗量化時(shí)間誤差檢測(cè)電路和兩級(jí)分辨率比例因子檢測(cè)電路進(jìn)行復(fù)用；同時(shí)對(duì)參考時(shí)鐘信號(hào)FREF上升沿與之后最近的數(shù)控振蕩器反饋信號(hào)HCLK上升沿和下降沿之間的時(shí)間偏差進(jìn)行粗量化和細(xì)量化，由此得到HCLK信號(hào)周期的高精度量化結(jié)果。測(cè)量范圍大于1.6ns，分辨率高于2.8ps，微分非線性小于0.31LSB。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及全數(shù)字鎖相環(huán)技術(shù)，尤其涉及一種測(cè)量全數(shù)字鎖相環(huán)小數(shù)相位誤差的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器，可用于全數(shù)字鎖相環(huán)系統(tǒng)中鑒相器輸出的相位誤差信號(hào)的量化，屬于數(shù)字集成電路領(lǐng)域。

背景技術(shù)

近年來(lái)，隨著半導(dǎo)體工藝的不斷進(jìn)步，MOS管特征尺寸的不斷縮小，時(shí)域和數(shù)字域電路的性能和功耗表現(xiàn)不斷提高，全數(shù)字鎖相環(huán)受益于數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)方法，具有抗噪聲能力強(qiáng)，開發(fā)周期短，生產(chǎn)成本低，易移植的優(yōu)勢(shì)，因而成為鎖相環(huán)技術(shù)發(fā)展的重要方向。時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器能將參考時(shí)鐘與數(shù)控振蕩器反饋信號(hào)之間的相位差轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，用來(lái)控制數(shù)控振蕩器的振蕩頻率，這為全數(shù)字鎖相環(huán)的實(shí)現(xiàn)提供了可能性。由于與數(shù)字工藝兼容型很好，時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器甚至可以通過(guò)FPGA或者數(shù)字流程綜合得到，因此在未來(lái)先進(jìn)工藝下，其性能也會(huì)隨著工藝的進(jìn)步而進(jìn)步，同時(shí)它也會(huì)繼承數(shù)字電路設(shè)計(jì)周期短，可移植性強(qiáng)的特點(diǎn)。然而，同任何用數(shù)字電路代替模擬電路的情況一樣，時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器會(huì)產(chǎn)生量化噪聲，量化噪聲決定了鎖相環(huán)路的帶內(nèi)相位噪聲，提高時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的分辨率可以顯著降低鎖相環(huán)路的帶內(nèi)相位噪聲。除了分辨率，采樣速率，測(cè)量范圍，線性度等也是時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的重要性能指標(biāo)。

近些年來(lái)，為了實(shí)現(xiàn)高性能，各種結(jié)構(gòu)的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器層出不窮，主要分為奈奎斯特時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器和過(guò)采樣時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器。奈奎斯特時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器主要有延時(shí)鏈型、游標(biāo)型、兩步式、流水線性和循環(huán)型。它們往往是為了獲得低于特定工藝下最小反相器的延時(shí)，來(lái)獲得較高的分辨率。奈奎斯特時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器往往有著較高的采樣率，但是先進(jìn)工藝下片內(nèi)失配變得更加嚴(yán)重，這會(huì)惡化時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的分辨率和線性度。雖然可以通過(guò)增大MOS管的尺寸來(lái)減小失配，但同時(shí)會(huì)增加功耗和模塊面積，并且與工藝進(jìn)化的趨勢(shì)相違背。而基于環(huán)形振蕩器的過(guò)采樣時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)失配的整形，而且有著較大的動(dòng)態(tài)范圍和較高的分辨率，但是，依然存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、帶寬有限和功耗較大這些缺點(diǎn)，并且受到漏電流和電荷分享引起的時(shí)間斜移誤差的影響，會(huì)惡化其性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為解決基于CMOS工藝的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器中高精度和寬測(cè)量范圍難以兼顧的瓶頸問題，提供一種測(cè)量全數(shù)字鎖相環(huán)小數(shù)相位誤差的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器，基于緩沖延時(shí)鏈和游標(biāo)延時(shí)鏈級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)，能夠在保證高精度的同時(shí)擴(kuò)大測(cè)量范圍，并且結(jié)合時(shí)間窗技術(shù)和電路復(fù)用技術(shù)，進(jìn)一步降低電路功耗和面積。

本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下：一種測(cè)量全數(shù)字鎖相環(huán)小數(shù)相位誤差的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于：基于緩沖延時(shí)鏈和游標(biāo)延時(shí)鏈的級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)，包括核心量化單元和譯碼單元，核心量化單元包括第一級(jí)緩沖延時(shí)鏈量化單元、多路延時(shí)鏈、中間級(jí)時(shí)間偏差選擇單元和第二級(jí)游標(biāo)延時(shí)鏈量化單元；譯碼單元包括偽溫度計(jì)碼到二進(jìn)制碼的譯碼器、邏輯運(yùn)算單元和周期歸一化單元；