一種高性能門控游標(biāo)型時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于集成電路【技術(shù)領(lǐng)域】，具體為一種高性能門控游標(biāo)型時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器。其包括：相頻檢測器，用于檢測兩路輸入信號的上升沿并比較頻率；模式判決器，根據(jù)輸入信號的幅度自動(dòng)選擇量化模式；量化單元先通過一位DSSA結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)第一級量化，再由Vernier?GRO對輸入信號進(jìn)行第二級量化；多相計(jì)數(shù)器，用來讀取Vernier?GRO的量化結(jié)果；環(huán)路鎖定加速單元，記錄出現(xiàn)在TDC死區(qū)中的輸入信號上升沿的數(shù)目和類別，對TDC輸出進(jìn)行校準(zhǔn)；評估邏輯電路，對多相計(jì)數(shù)器輸出進(jìn)行加和操作，并根據(jù)PFD輸出頻率比較結(jié)果對TDC的輸出進(jìn)行原補(bǔ)碼的變換。本發(fā)明得到的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器分辨率高、測量范圍大且采樣速率大。
【專利說明】一種高性能門控游標(biāo)型時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鎖相環(huán)集成電路【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種應(yīng)用于小數(shù)分頻全數(shù)字鎖相環(huán)中的高性能門控游標(biāo)型時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器(TDC)。
【背景技術(shù)】
[0002]時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器，能夠測量信號間的微小時(shí)間間隔，在科學(xué)研究和工程【技術(shù)領(lǐng)域】有廣泛應(yīng)用，如高能物理中的粒子生命周期測量，激光探測，醫(yī)療成像，芯片上jitter測量，飛行時(shí)間(TOF)測量等等。隨著微電子設(shè)計(jì)和工藝水平的不斷提高，TDC的分辨率等性能指標(biāo)隨之提高，開始越來越多地應(yīng)用在全數(shù)字鎖相環(huán)中。全數(shù)字鎖相環(huán)(ADPLL)相對于傳統(tǒng)的模擬鎖相環(huán)具有可移植性好，可集成度高等優(yōu)勢，是近年來的一個(gè)研究熱點(diǎn)。TDC是ADPLL的重要組成部分，TDC把參考時(shí)鐘信號REF和DCO反饋信號CKV的相位差轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號輸出。ADPLL的帶內(nèi)相位噪聲主要由TDC決定，TDC對帶內(nèi)相位噪聲的貢獻(xiàn)如式(I)所示，Δ tTDC代表TDC的分辨率，fEEF代表參考時(shí)鐘頻率，由式(I)可以看出高分辨率和高采樣速率能夠帶來更小的相位噪聲。此外，TDC還應(yīng)具備足夠的測量范圍，在環(huán)路未鎖定狀態(tài)，TDC的輸入信號幅度也非常大,例如,對于40MHz參考時(shí)鐘的II型鎖相環(huán),最大幅度可達(dá)25ns，這時(shí)需要非常大的測量范圍才能滿足要求。綜上，提高分辨率、采樣速率和測量范圍是TDC設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)。
[0003]
【權(quán)利要求】
1.一種高性能門控游標(biāo)型時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于:包括相頻檢測器、模式判決器、量化單元、多相計(jì)數(shù)器、環(huán)路鎖定加速單元和評估邏輯電路；其中: 相頻檢測器，用于檢測兩路輸入信號的上升沿并比較它們的頻率； 模式判決器，根據(jù)輸入信號的幅度自動(dòng)選擇量化模式； 量化單元，包括一位自選擇逐次逼近結(jié)構(gòu)和游標(biāo)門控環(huán)形振蕩器，游標(biāo)門控環(huán)形振蕩器包括一個(gè)相位比較器陣列、一個(gè)快速門控環(huán)形振蕩器和一個(gè)慢速門控環(huán)形振蕩器；輸入信號通過量化單元的一位自選擇逐次逼近結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)第一級量化，一位DSSA輸出EN_S和EN_F信號，作為兩個(gè)門控環(huán)形振蕩器即快速門控環(huán)形振蕩器和慢速門控環(huán)形振蕩器的振蕩使能信號；游標(biāo)門控環(huán)形振蕩器根據(jù)時(shí)延單元的延時(shí)值或延時(shí)差值對輸入信號進(jìn)行第二級量化； 多相計(jì)數(shù)器，用來讀取游標(biāo)門控環(huán)形振蕩器的量化結(jié)果； 環(huán)路鎖定加速單元，用于記錄出現(xiàn)在TDC復(fù)位過程中的輸入信號上升沿的數(shù)目和類別。 評估邏輯電路，用于對多相計(jì)數(shù)器輸出進(jìn)行加和操作，其將兩級量化結(jié)果合并，并根據(jù)相頻檢測器輸出的頻率比較結(jié)果對TDC的輸出進(jìn)行原補(bǔ)碼的變換，最后再根據(jù)環(huán)路鎖定加速單元的記錄結(jié)果對TDC輸出進(jìn)行校準(zhǔn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高性能門控游標(biāo)型時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于:所述模式判決器由一位delay-line TDC和兩位狀態(tài)機(jī)組成；所述一位delay-line TDC的輸入端接模式判決器的兩路輸入信號，輸出端接兩位狀態(tài)機(jī)的第一輸入端；兩位狀態(tài)機(jī)的第二輸入端接參考時(shí)鐘，兩位狀態(tài)機(jī)的輸出端即為模式判決器的輸出端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高性能門控游標(biāo)型時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于:所述量化單元由mode的邏輯值決定量化時(shí)是粗量化或者細(xì)量化。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高性能門控游標(biāo)型時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于:游標(biāo)門控環(huán)形振蕩器中的相位比較器陣列由兩個(gè)單脈沖發(fā)生電路、一個(gè)SR鎖存器和兩個(gè)二輸入與門和兩個(gè)反相器組成；所述單脈沖發(fā)生電路分為第一單脈沖發(fā)生電路和第二單脈沖發(fā)生電路；其中:所述第一單脈沖發(fā)生電路的輸入端接相位比較器的第一輸入信號，輸出端接SR鎖存器的輸入端S和第一反相器的輸入端；所述第二單脈沖發(fā)生電路的輸入端接相位比較器的第二輸入信號，輸出端接SR鎖存器的輸入端R和第二反相器的輸入端；所述第一二輸入與門電路的第一輸入端接第一反相器的輸出端，第二輸入端接鎖存器的輸出端Q ;所述第二二輸入與門電路的第一輸入端接第二反相器的輸出端，第二輸入端接SR鎖存器的輸出端QB ;第一二輸入與門的輸出端即為相位比較器的輸出端。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高性能門控游標(biāo)型時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于:多相計(jì)數(shù)器由帶異步復(fù)位功能的TSPC寄存器構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高性能門控游標(biāo)型時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于:所述帶異步復(fù)位功能的TSPC寄存器通過在TSPC正沿觸發(fā)寄存器結(jié)構(gòu)中加入一個(gè)上拉PMOS晶體管和一個(gè)下拉NMOS晶體管獲得；其包括第一 PMOS晶體管、第二 PMOS晶體管、上拉PMOS晶體管和下拉NMOS晶體管；所述TSPC正沿觸發(fā)寄存器結(jié)構(gòu)中從左至右柵極接時(shí)鐘信號的晶體管分別為第一 PMOS晶體管和第二 PMOS晶體管；所述上拉PMOS晶體管的源極和襯底接電源，柵極接復(fù)位信號，漏極接第二 PMOS晶體管的源極；所述下拉NMOS晶體管的源極和襯底接地，柵極接復(fù)位信號，漏極接第二 PMOS晶體管的漏極。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高性能門控游標(biāo)型時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于:環(huán)路鎖定加速單元由兩個(gè)門控時(shí)鐘電路和兩個(gè)三位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器組成；所述門控時(shí)鐘分別為第一門控時(shí)鐘電路和第二門控時(shí)鐘電路；所述兩個(gè)三位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器分別為第一計(jì)數(shù)器和第二計(jì)數(shù)器；其中: 所述第一門控時(shí)鐘電路中，其第一輸入端接單元第一路輸入信號，第二輸入端接TDC復(fù)位信號，第三、四、五輸入端分別接第一計(jì)數(shù)器的輸出端；所述第二門控時(shí)鐘電路中，其第一輸入端接單元第二路輸入信號，第二輸入端接TDC復(fù)位信號，第三、四、五輸入端分別接第二計(jì)數(shù)器的輸出端；第一、二計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘輸入端分別接第一、二門控時(shí)鐘電路的輸出端；兩個(gè)計(jì) 數(shù)器的輸出端即為單元輸出端。
【文檔編號】H03M1/50GK103795406SQ201410032385
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年1月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月23日
【發(fā)明者】李巍, 高源培 申請人:復(fù)旦大學(xué)