延時鏈控制碼自適應(yīng)的快速延時鎖定環(huán)路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公布一種延時鏈控制碼自適應(yīng)的快速延時鎖定環(huán)路，包括一數(shù)字控制延時鏈，用于產(chǎn)生相互間相位差為90°的四個時鐘信；一鑒相器，用于輸出延時差指示信號的超前或滯后信號；一粗調(diào)時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器，用于輸出粗調(diào)延時鏈控制碼；一粗調(diào)雙向移位寄存器鏈，用于生成并輸出粗調(diào)延時鏈控制碼；一精調(diào)時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器，用于產(chǎn)生并輸出精調(diào)延時鏈控制碼；一精調(diào)雙向移位寄存器鏈，用于產(chǎn)生并輸出精調(diào)延時鏈控制碼，如果精調(diào)延時鏈控制碼不能滿足延時調(diào)節(jié)，則產(chǎn)生啟動控制信號，控制粗調(diào)雙向移位寄存器鏈進(jìn)行粗調(diào)延時鏈的重調(diào)節(jié)；如果精調(diào)延時鏈控制碼滿足延時調(diào)節(jié)，則通過精調(diào)時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器和精調(diào)雙向移位寄存器鏈關(guān)閉啟動控制信號。
【專利說明】延時鏈控制碼自適應(yīng)的快速延時鎖定環(huán)路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于集成電路【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及延時鎖相環(huán)技術(shù)，是一種延時鏈控制碼自適應(yīng)的快速延時鎖定環(huán)路，鎖定時間最快為8個時鐘周期。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著集成電路技術(shù)的不斷發(fā)展，集成度越來越高，芯片面積越來越大，同時最小線寬越來越窄，導(dǎo)致路徑延遲越來越長。一方面，系統(tǒng)對時鐘的要求越來越高；另一方面，系統(tǒng)各個部分時鐘沿不同步問題卻愈加嚴(yán)重。為了解決時鐘不同步的問題，系統(tǒng)需要延時鎖定環(huán)路產(chǎn)生所需相位的時鐘。
[0003]延時鎖定環(huán)路的基本思想是推遲輸出時鐘使它能與參考時鐘完全對齊或者產(chǎn)生確定的相移輸出。它廣泛應(yīng)用于高速存儲器接口的時鐘同步、時鐘網(wǎng)絡(luò)的偏斜校準(zhǔn)、串行通信的時鐘恢復(fù)、倍頻和多相時鐘生成器等電路中。
[0004]特別是在雙倍數(shù)據(jù)速率(DDR)存儲器中，高主頻、雙倍采樣速率的特點(diǎn)已不能采用傳統(tǒng)的系統(tǒng)同步方式，而改用源同步方式，因此需要采用延時鎖定環(huán)路對數(shù)據(jù)選擇脈沖信號(DQS)相移90度使其上升沿和下降沿落在數(shù)據(jù)信號(DQ)的中心以保證采樣的正確性。圖1a是傳統(tǒng)的數(shù)字延時鎖定環(huán)路框圖。圖1a的延時鎖定環(huán)路包括延時鏈(DelayLine)、N比特移位寄存器和鑒相器。鑒相器檢測輸入時鐘和反饋時鐘的相位差，并輸出超前(fast)、合適(just)和滯后(slow)信號來控制N比特移位寄存器。如果反饋時鐘超前輸入時鐘，則輸出fast信號，N比特移位寄存器的高位向左移動以增加延時量；如果反饋時鐘滯后輸入時鐘，則輸出slow信號，N比特移位寄存器的高位向右移動以減少延時量；如果反饋時鐘和輸入時鐘的相位差在一個延時單元內(nèi)，則輸出just信號，使得N比特移位寄存器的輸出狀態(tài)保持不變。任何延時階段的輸入時鐘都是相同的時鐘信號。在任何時刻，N比特移位寄存器的N位輸出只有一位有效，以選擇輸入時鐘在延時鏈的輸入點(diǎn)。該延時鎖定環(huán)路采用移位寄存器來調(diào)整延時鏈的延時量，每次只能進(jìn)行一位調(diào)整，增加了延時鎖定環(huán)路的鎖定時間，而且時鐘頻率越低，鎖定時間越長。同時，該延時鎖定環(huán)路只有一級調(diào)節(jié)，限制了時鐘頻率調(diào)節(jié)范圍和延時調(diào)節(jié)精度。而且，由于此結(jié)構(gòu)只比較反饋時鐘和輸入時鐘的邊沿有沒有對齊，并不能保證延時量為一個時鐘周期。當(dāng)鎖定的延時量為時鐘周期的數(shù)倍，其他相位的輸出時鐘信號(90°、180°和270° )將出現(xiàn)錯誤，即出現(xiàn)了誤鎖定。為了解決誤鎖定的問題，往往需要在傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的電路中加入輔助電路進(jìn)行預(yù)調(diào)節(jié)。
[0005]為了解決傳統(tǒng)的延時鎖定環(huán)路的慢鎖定和低鎖定精度問題，對傳統(tǒng)的鎖定環(huán)路做了改進(jìn)，如圖1b所示。圖1b的延時鎖定環(huán)路采用粗調(diào)鎖定和精調(diào)鎖定兩個鎖定過程，其中采用時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器(TDC:Time Digital Converter)進(jìn)行粗調(diào)節(jié)延時鏈的鎖定。時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器首先生成兩個間隔為一個時鐘周期的上升沿脈沖，前一個上升脈沖輸入到時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器延時鏈，后一個脈沖輸入到寄存器的時鐘端米樣延時鏈的各個輸出點(diǎn)，米樣后的結(jié)果送到編碼器產(chǎn)生粗調(diào)延時鏈的控制字。采用時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的粗調(diào)鎖定時間為兩個時鐘周期。精調(diào)延時鏈的鎖定采用移位計(jì)數(shù)器的方法，在一個時鐘周期內(nèi)進(jìn)行一位精調(diào)延時單元的調(diào)節(jié)，數(shù)倍個時鐘周期后產(chǎn)生精調(diào)延時鏈的控制碼。由于精調(diào)鎖定時間較長，使得整個延時鎖定環(huán)路的鎖定時間大大增加，達(dá)到了 17個時鐘周期。此外，由于該延時鎖定環(huán)路沒有粗調(diào)控制碼調(diào)節(jié)電路，在一些非理想情況下，即反饋時鐘滯后于參考時鐘的情況下，該延時鎖定環(huán)路將無法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)鎖定。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種延時鏈控制碼自適應(yīng)的快速延時鎖定環(huán)路，在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，采用了一種新型的并行比較的精調(diào)時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器自適應(yīng)產(chǎn)生精調(diào)延時鏈的控制碼實(shí)現(xiàn)延時環(huán)路的快速鎖定，使得總鎖定時間最快為8時鐘周期。此外，該電路采用兩級雙向移位寄存器實(shí)現(xiàn)兩級雙向調(diào)節(jié)功能，可根據(jù)環(huán)境變化，靈活調(diào)控加載到數(shù)字控制延時鏈的粗調(diào)控制碼和精調(diào)控制碼，抗工藝、電壓和溫度(PVT)能力強(qiáng)。同時，它無需額外的輔助電路，即可避免環(huán)路錯誤鎖定。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)以上發(fā)明目的，本發(fā)明提供一種延時鏈控制碼自適應(yīng)的延時鎖定環(huán)路，根據(jù)輸入時鐘周期大小自適應(yīng)產(chǎn)生延時鏈控制碼以實(shí)現(xiàn)延時鎖定環(huán)路的快速鎖定；所述延時鎖定環(huán)路包括:
[0008]一數(shù)字控制延時鏈，接收輸入?yún)⒖紩r鐘，并響應(yīng)于粗調(diào)延時鏈控制碼和精調(diào)延時鏈控制碼共同調(diào)節(jié)的數(shù)字控制延時鏈的延時，從而產(chǎn)生相互間相位差為90°的四個時鐘信號 clk90、clkl80、clk270 和反饋時鐘 clk360 ；
[0009]一鑒相器，用于接收輸入?yún)⒖紩r鐘和反饋時鐘，并檢測兩者的延時差，生成并輸出延時差指示信號的超前或滯后信號；
[0010]一粗調(diào)時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸入端接收輸入?yún)⒖紩r鐘，通過初步估計(jì)輸入?yún)⒖紩r鐘的周期大小，在一個時鐘周期內(nèi)產(chǎn)生并輸出粗調(diào)延時鏈控制碼；
[0011]一粗調(diào)雙向移位寄存器鏈，用于接收粗調(diào)延時鏈控制碼、超前或滯后信號和啟動控制信號，根據(jù)超前或滯后信號對粗調(diào)延時鏈控制碼進(jìn)行移位調(diào)節(jié)，生成并輸出粗調(diào)延時鏈控制碼；
[0012]一精調(diào)時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器，用于接收超前或滯后信號、輸入?yún)⒖紩r鐘和經(jīng)數(shù)字控制延時鏈延時調(diào)節(jié)后的輸出反饋時鐘，根據(jù)參考時鐘和反饋時鐘的延時差在一個時鐘周期內(nèi)自適應(yīng)產(chǎn)生并輸出精調(diào)延時鏈控制碼；
[0013]一精調(diào)雙向移位寄存器鏈，用于接收精調(diào)延時鏈控制碼和超前或滯后信號，根據(jù)超前或滯后信號對精調(diào)延時鏈控制碼進(jìn)行移位調(diào)節(jié)，產(chǎn)生并輸出精調(diào)延時鏈控制碼，如果精調(diào)延時鏈控制碼不能滿足延時調(diào)節(jié)，則產(chǎn)生啟動控制信號，控制粗調(diào)雙向移位寄存器鏈進(jìn)行粗調(diào)延時鏈的重調(diào)節(jié)；如果精調(diào)延時鏈控制碼滿足延時調(diào)節(jié)，則通過精調(diào)時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器和精調(diào)雙向移位寄存器鏈關(guān)閉啟動控制信號。
[0014]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明的粗調(diào)碼寄存器和精調(diào)碼寄存器均采用了雙向移位寄存器，可以靈活對粗調(diào)控制碼和精調(diào)控制碼進(jìn)行移位，從而確保系統(tǒng)在任何非理想情況下均能正確鎖定，增強(qiáng)了抗工藝、電壓和溫度(Process、Voltage、Temperature,簡稱PVT)變化的能力。本發(fā)明最快可在8個時鐘周期內(nèi)實(shí)現(xiàn)鎖定。
[0015]本發(fā)明中每級延時單元均由相同的控制碼來控制，因此每級延時單元有相同的延時量。[0016]本發(fā)明中粗調(diào)延時鏈的控制碼是在一個時鐘周期內(nèi)產(chǎn)生的，加速了 DLL的鎖定過程。
[0017]本發(fā)明中精調(diào)時間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊，基準(zhǔn)延時單元和比較延時單元均由鏡像電流源控制的緩沖器組成，通過精調(diào)控制碼來改變充放電電流的大小，從而實(shí)現(xiàn)緩沖器的不同延時。
[0018]本發(fā)明中的基準(zhǔn)延時單元，鏡像電流源的控制字均開啟，鏡像電流源的充放電電流最大，緩沖器的延時最小。
[0019]本發(fā)明中比較延時單元，鏡像電流源的控制碼不同，緩沖器的延時量不同。調(diào)節(jié)鏡像電流源的控制碼，使得比較延時單元的延時逐漸線性增加。
[0020]本發(fā)明中選擇延時量與參考時鐘和反饋延時時鐘的延時差相同的比較延時單元的控制碼作為精調(diào)控制碼，因此精調(diào)控制碼的產(chǎn)生過程為延時自適應(yīng)過程。
[0021]本發(fā)明中粗調(diào)TDC，在粗調(diào)鎖定后，數(shù)字控制延時鏈的延時量即在一個時鐘周期左右。這樣避免了傳統(tǒng)延時鎖定環(huán)路容易把延時量鎖定為數(shù)個時鐘周期，而得到錯誤的90°、180°和270°的相移時鐘的問題。從而使得本發(fā)明具有避免錯誤鎖定的優(yōu)點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖la、圖1b是傳統(tǒng)的數(shù)字延時鎖定環(huán)路結(jié)構(gòu)框圖；
[0023]圖2是本發(fā)明的具有兩級時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的快速延時鎖定環(huán)路；
[0024]圖3是本發(fā)明中的粗調(diào)時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)圖；
[0025]圖4是本發(fā)明的粗調(diào)雙向移位寄存器鏈結(jié)構(gòu)圖；
[0026]圖5a和圖5b是本發(fā)明的精調(diào)時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)圖；
[0027]圖6是本發(fā)明的精調(diào)時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的時序圖；
[0028]圖7是本發(fā)明的精調(diào)雙向移位寄存器鏈結(jié)構(gòu)圖；
[0029]圖8是本發(fā)明的具有兩級時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的快速延時鎖定環(huán)路的鎖定過程圖。【具體實(shí)施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0031]本發(fā)明具有快速鎖定和避免錯誤鎖定的特性。本發(fā)明鎖定過程分為兩步:粗調(diào)鎖定和精調(diào)鎖定。本發(fā)明采用了一種并行比較的精調(diào)時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器，如果參考時鐘與反饋時鐘的延時差與某一精調(diào)時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器中的比較延時單元的延時量相同，則將該比較延時單元的控制碼作為精調(diào)控制碼，精調(diào)控制碼的產(chǎn)生過程是延時自適應(yīng)的過程。本發(fā)明的粗調(diào)碼寄存器和精調(diào)碼寄存器均采用了雙向移位寄存器，可以靈活對粗調(diào)控制碼和精調(diào)控制碼進(jìn)行移位，從而確保系統(tǒng)在任何非理想情況下均能正確鎖定，增強(qiáng)了抗工藝、電壓和溫度(Process、Voltage、Temperature,簡稱PVT)變化的能力。本發(fā)明最快可在8個時鐘周期內(nèi)實(shí)現(xiàn)鎖定。
[0032]延時鎖定環(huán)路的鎖定工作過程分為粗調(diào)鎖定和精調(diào)鎖定兩步:
[0033]粗調(diào)鎖定的工作過程為:系統(tǒng)reset后，在第一個時鐘上升沿，精調(diào)部分不工作，粗調(diào)時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器在一個時鐘周期內(nèi)產(chǎn)生粗調(diào)延時鏈的控制碼C[15: 0]，下一時鐘周期加載到粗調(diào)雙向移位寄存器鏈102，同時，粗調(diào)雙向移位寄存器鏈102輸出到粗調(diào)延時鏈上進(jìn)行粗調(diào)延時的調(diào)節(jié)，完成粗調(diào)的鎖定。完成粗調(diào)鎖定后，緊接著下個時鐘周期粗調(diào)TDC產(chǎn)生一個控制信號，啟動精調(diào)時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器104，本發(fā)明延時鎖定環(huán)路進(jìn)入精調(diào)鎖定的過程。
[0034]系統(tǒng)在粗調(diào)鎖定后，參考時鐘和反饋時鐘(即數(shù)字控制延時鏈的輸出CLK360)之間的相位誤差小于一級粗調(diào)延時單元的延時量，也即是參考時鐘經(jīng)過一個時鐘周期左右的延時量產(chǎn)生反饋時鐘，避免了 90°、180°和270°相移時鐘的錯誤鎖定。
[0035]精調(diào)鎖定工作過程如下:粗調(diào)鎖定完成后的反饋時鐘和參考時鐘被送到鑒相器103的輸入端做鑒相比較。鑒相器103產(chǎn)生的超前或滯后信號送到精調(diào)時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器104的輸入端來控制精調(diào)時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器104的工作。精調(diào)時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器104在一個時鐘周期內(nèi)根據(jù)參考時鐘與反饋時鐘的延時差自適應(yīng)選擇比較延時單元的控制碼作為精調(diào)控制碼，下一時鐘周期加載到精調(diào)雙向移位寄存器鏈105，同時，精調(diào)雙向移位寄存器鏈105輸出到精調(diào)延時鏈上進(jìn)行精調(diào)延時的調(diào)節(jié)，具體的工作過程在圖5a中詳細(xì)介紹。精調(diào)后參考時鐘和反饋時鐘實(shí)現(xiàn)鎖定，此時由控制邏輯產(chǎn)生一個鎖定信號，本發(fā)明延時鎖定環(huán)路進(jìn)入狀態(tài)保持。
[0036]如圖2示出本發(fā)明的延時鏈控制碼自適應(yīng)的快速延時鎖定環(huán)路的結(jié)構(gòu)框圖。整個系統(tǒng)由六部分組成:數(shù)字控制延時鏈100、鑒相器103、粗調(diào)時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器101、粗調(diào)雙向移位寄存器鏈102、精調(diào)時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器104和精調(diào)雙向移位寄存器鏈105。
[0037]數(shù)字控制延時鏈100接收輸入?yún)⒖紩r鐘clk_ref，并響應(yīng)于粗調(diào)延時鏈控制碼C[15: O]和精調(diào)延時鏈控制碼F[ll: I]共同調(diào)節(jié)的數(shù)字控制延時鏈的延時，從而產(chǎn)生相互間相位差為90°的4個時鐘信號clk90、clkl80、clk270、反饋時鐘clk360。數(shù)字控制延時鏈100的結(jié)構(gòu)包括四級相同的串聯(lián)連接的延時單元，每一延時單元均由相同的粗調(diào)延時單元和精調(diào)延時單元組成。每級延時單元均由相同的控制碼來控制，因此它們有相同的延時量。所述粗調(diào)延時單元由多路延時鏈級聯(lián)的方式實(shí)現(xiàn)；精調(diào)延時單元由鏡像電流源控制的緩沖器組成，通過改變充放電電流的大小實(shí)現(xiàn)精調(diào)延時的調(diào)節(jié)；所述精調(diào)延時單元的步長不隨負(fù)載的變化而變化，通過調(diào)節(jié)控制碼實(shí)現(xiàn)延時量的線性變化；粗調(diào)延時單元有m種不同延時，精調(diào)延時單元有η種不同延時,其中，m是[0,16]范圍內(nèi)的整數(shù)，η是[0,11]范圍內(nèi)的整數(shù)，所述數(shù)字控制延時鏈中m取16，η取11。
[0038]鑒相器103，用于接收輸入?yún)⒖紩r鐘Clk_ref和反饋時鐘clk360，并檢測兩者的延時差，生成并輸出延時差指示信號的超前或滯后信號up/down ；
[0039]粗調(diào)時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器101的輸入端接收輸入?yún)⒖紩r鐘clk_ref，通過初步估計(jì)輸入?yún)⒖紩r鐘clk_ref的周期大小，在一個時鐘周期內(nèi)產(chǎn)生并輸出粗調(diào)延時鏈控制碼C[15: O]。
[0040]粗調(diào)雙向移位寄存器鏈102，用于接收粗調(diào)延時鏈控制碼C[15: O]、超前或滯后信號up/down和啟動控制信號，根據(jù)超前或滯后信號up/down對粗調(diào)延時鏈控制碼C[15: O]進(jìn)行移位調(diào)節(jié)，生成并輸出粗調(diào)延時鏈控制碼C[15: O]；
[0041]精調(diào)時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器104,用于接收超前或滯后信號up/down、輸入?yún)⒖紩r鐘clk_ref和經(jīng)數(shù)字控制延時鏈延時調(diào)節(jié)后的輸出反饋時鐘clk360，根據(jù)參考時鐘clk_ref和反饋時鐘clk360的延時差在一個時鐘周期內(nèi)自適應(yīng)產(chǎn)生并輸出精調(diào)延時鏈控制碼F[ll: I]。[0042]精調(diào)雙向移位寄存器鏈105，用于接收精調(diào)延時鏈控制碼F[ll: I]和超前或滯后信號up/down,根據(jù)超前或滯后信號up/down對精調(diào)延時鏈控制碼F[ll: I]進(jìn)行移位調(diào)節(jié)，產(chǎn)生并輸出精調(diào)延時鏈控制碼F[ll: 1]，如果精調(diào)延時鏈控制碼F[ll: I]不能滿足延時調(diào)節(jié)，則產(chǎn)生啟動控制信號，控制粗調(diào)雙向移位寄存器鏈102進(jìn)行粗調(diào)延時鏈的重調(diào)節(jié)；如果精調(diào)延時鏈控制碼F[ll: I]滿足延時調(diào)節(jié)，則通過精調(diào)時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器104和精調(diào)雙向移位寄存器鏈105關(guān)閉啟動控制信號。
[0043]圖3是粗調(diào)時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器101的電路結(jié)構(gòu)，包括脈沖產(chǎn)生器101-1、本征延時鏈 101-2、時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器延時鏈101-3、寄存器鏈101-4以及編碼器101-5。粗調(diào)時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器用于產(chǎn)生粗調(diào)延時鏈的控制碼；在第一個時鐘上升沿，信號開始在時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器延時鏈101-3中進(jìn)行傳輸；在第二個時鐘上升沿，判斷信號在一個參考時鐘周期內(nèi)傳輸?shù)难訒r鏈個數(shù)，即能初步判定參考時鐘的周期；再經(jīng)過編碼器101-5，即產(chǎn)生粗調(diào)控制碼，把整個數(shù)字控制延時鏈的延時量初步控制在一個參考時鐘周期左右；由此可見，粗調(diào)延時鏈的控制碼是在一個時鐘周期內(nèi)產(chǎn)生的，加速了延時鎖定環(huán)路的粗調(diào)鎖定過程。在粗調(diào)鎖定后，數(shù)字控制延時鏈的延時量即在一個時鐘周期左右，這樣避免了傳統(tǒng)延時鎖定環(huán)路容易把延時量鎖定為數(shù)個時鐘周期，而得到錯誤的90°、180°和270°的相移時鐘的問題，從而使得數(shù)字控制延時鏈具有避免錯誤鎖定功能。其中，時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器延時鏈101-3由15個時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器延時單元TDU串聯(lián)組成；寄存器鏈101-4由16個寄存器串聯(lián)組成。脈沖產(chǎn)生器101-1的輸入端接參考時鐘clk_ref，在參考時鐘clk_ref的第一個時鐘周期上升沿產(chǎn)生一個開始脈沖TOLSE_START信號，在第二個時鐘周期上升沿產(chǎn)生一個結(jié)束脈沖TOLSE_END信號，兩個信號間隔一個時鐘周期。開始脈沖TOLSE_START信號輸入到本征延時鏈，輸出信號TDC_IN[0]，再經(jīng)過15個串聯(lián)的時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器延時單元TDU，依次得到的延時信號為TDC_IN[1]~TDC_IN[15]。這16個延時信號分別輸入到寄存器鏈101-4的數(shù)據(jù)端，由結(jié)束脈沖PULSE_END信號輸入到寄存器的時鐘端進(jìn)行采樣，得到粗調(diào)延時鏈的控制字TDC_CODE [15: O]，再由編碼器轉(zhuǎn)換器成粗調(diào)延時單元的控制碼字C [15: O]。
[0044]下面詳細(xì)介紹本發(fā)明的精調(diào)時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器、粗調(diào)雙向移位寄存器鏈和精調(diào)雙向移位寄存器鏈的操作。
[0045]圖4是粗調(diào)雙向移位寄存器鏈102的結(jié)構(gòu)圖，包括16個粗調(diào)雙向移位單元
102-2a，102-2b…102_2c和一多路選擇器102-1。粗調(diào)雙向移位寄存器鏈102的作用是對粗調(diào)控制碼進(jìn)行寄存以及調(diào)節(jié)。首先輸入清零信號nclr將粗調(diào)雙向移位寄存器鏈102初始化為低電平，然后清零信號nclr上拉為高電平，粗調(diào)雙向移位寄存器鏈開始工作。輸入加載信號LD為高電平時，粗調(diào)雙向移位寄存器鏈102將接收的粗調(diào)延時鏈控制碼C[15: O]進(jìn)行寄存，然后再根據(jù)接收的啟動控制信號和超前或滯后信號up/down決定是否對粗調(diào)延時鏈控制碼進(jìn)行移位調(diào)節(jié)和移位的方向，產(chǎn)生并輸出寄存或移位調(diào)節(jié)后的粗調(diào)延時鏈控制碼Q[0]，Q[l]…Q[14]，Q[15]。只有當(dāng)反饋時鐘與參考時鐘的延時差超出了精調(diào)延時鏈的調(diào)節(jié)范圍，并且精調(diào)雙向移位寄存器鏈105給出粗調(diào)雙向移位寄存器鏈的啟動控制信號有上升沿跳變時，粗調(diào)雙向移位寄存器鏈102才能進(jìn)行移位工作。否則，粗調(diào)雙向移位寄存器鏈102工作在加載和保持粗調(diào)控制碼的狀態(tài)下。以粗調(diào)雙向移位單元102-2b來舉例說明粗調(diào)雙向移位寄存器鏈102的工作過程。當(dāng)接收的加載信號LD為高時，將接收的粗調(diào)延時鏈控制碼C[l]加載進(jìn)來；當(dāng)啟動控制有效時，加載信號LD為低，根據(jù)超前或滯后信號up/down進(jìn)行移位操作，Q[l]為當(dāng)前狀態(tài)，Q[O]為前一狀態(tài)，Q[2]為后一狀態(tài)。如果up/down為低，把后一狀態(tài)Q[2]傳給Q[I]，如果up/down為高，把前一狀態(tài)Q[O]傳給Q[l]。
[0046]圖5a是精調(diào)時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器104的電路結(jié)構(gòu)整體框圖。精調(diào)時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器104由11個精調(diào)TDC模塊組成。
[0047]首先，預(yù)配置信號reset將精調(diào)時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器104初始化為零，然后，參考時鐘clk_ref與反饋時鐘clk360同時并行輸入到11個精調(diào)時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器模塊104-1，104-2，…104-3中，自適應(yīng)產(chǎn)生并輸出11位精調(diào)延時鏈控制碼F[II: I]。如果精調(diào)時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器模塊m(m = 1,2,…，11)中的比較延時單元m的延時量,和參考時鐘與反饋時鐘的延時差相同，則精調(diào)時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器104將這一比較延時單元m的控制碼作為精調(diào)延時鏈的控制碼。精調(diào)延時鏈控制碼的產(chǎn)生是自適應(yīng)選擇延時量與參考時鐘和反饋時鐘的延時差相同的比較延時單元的控制碼，并將這一比較延時單元的控制碼作為精調(diào)延時鏈控制碼，而且整個過程在一個時鐘周期內(nèi)即可完成，縮短了延時鎖定環(huán)路的鎖定時間。
[0048]圖5b是精調(diào)時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器104的精調(diào)時間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊104-2的結(jié)構(gòu)圖，包括基準(zhǔn)延時單元104-2-2、比較延時單元104-2-1、零建立時間的D觸發(fā)器104_2_3a和104-2-3b、邏輯或門104-2-4。所述基準(zhǔn)延時單元和比較延時單元均由鏡像電流源控制的緩沖器組成，通過精調(diào)控制碼來改變充放電電流的大小，從而實(shí)現(xiàn)緩沖器的不同延時。所述鏡像電流源的控制字都開啟時，鏡像電流源的充放電電流最大，緩沖器的延時最小。所述鏡像電流源的控制碼不同，緩沖器的延時量不同；調(diào)節(jié)鏡像電流源的控制碼，使得比較延時單元的延時逐漸線性增加。首先，預(yù)配置信號reset將D觸發(fā)器104_2_3a和104_2_3b預(yù)配置成零，然后，精調(diào)時間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊 104-2將接收的參考時鐘clk_ref經(jīng)過基準(zhǔn)延時單元104-2-2延時后送到寄存器104-2-3a的數(shù)據(jù)端，將接收的反饋時鐘clk360經(jīng)過比較延時單元ml04-2-l延時后送到寄存器104-2-3a的時鐘端，采樣后的數(shù)據(jù)送到邏輯或門104-2-4的一個輸入端，同時送到寄存器104-2-3b的時鐘端，寄存器104-2-3b的數(shù)據(jù)端接固定高電平，采樣后的固定高電平送到邏輯或門104-2-4的另個一輸入端，最后邏輯或門產(chǎn)生并輸出其中一個精調(diào)控制碼F[m]。如果粗調(diào)之后的反饋時鐘超前參考時鐘,超前延時量記為AT，若AT使得參考時鐘與經(jīng)過比較延時后的反饋時鐘滿足公式(I):
[0〇49]八τ+τ參考時鐘> T反懷時!中⑴
[0050]則反饋延時時鐘經(jīng)過比較延時單元后能夠被D觸發(fā)器104-2_3a采樣得到高電平，采樣結(jié)果送到邏輯或門104-2-4的一個輸入端，同時D觸發(fā)器104-2-3a的Q端信號發(fā)生翻轉(zhuǎn)，即由初始化后的低電平變?yōu)楦唠娖?，作為D觸發(fā)器104-2-3b的時鐘脈沖，D觸發(fā)器
104-2-3b的輸出結(jié)果送到邏輯或門的另一個輸入端，從而得到精調(diào)延時鏈的一個控制字。由于D觸發(fā)器104-2_3b的時鐘輸入只有一個脈沖,則D觸發(fā)器104_2_3b輸出固定電平,從而使邏輯或門的狀態(tài)得到保持。此外，由于比較延時單元1，…，比較延時單元m-Ι的延時均小于比較延時單元m，因此經(jīng)過精調(diào)TDC模塊1，…，精調(diào)TDC模塊m之后得到狀態(tài)均為高電平的精調(diào)延時鏈控制碼F[l]，…，F(xiàn)[m]，與比較延時單元m的控制碼相同，即自適應(yīng)產(chǎn)生精調(diào)延時鏈的控制碼?；鶞?zhǔn)延時單元104-2-2是將精調(diào)延時單元的控制端全部打開，鏡像電流源的電流最大，充放電時間最短，延時量最小的單元。比較延時單元104-2-1是將基準(zhǔn)延時單元的m個控制端關(guān)閉，鏡像電流源的電流變小，充放電時間變長，延時量在基準(zhǔn)延時的基礎(chǔ)上增加m個精調(diào)延時步長后得到的延時單元。[0051]圖6是精調(diào)時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器104的時序關(guān)系圖。所述11個比較延時單元的延時量隨控制開關(guān)的逐次關(guān)閉而線性增加，參考時鐘和反饋時鐘同時并行輸入到這11個精調(diào)時間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊，如果參考時鐘與反饋時鐘的延時差與某一比較延時單元的延時量相同，則將這一比較延時單元的控制碼作為精調(diào)控制碼，因此精調(diào)控制碼的產(chǎn)生過程為延時自適應(yīng)過程。圖中舉例了精調(diào)時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器104的工作過程，粗調(diào)鎖定后的反饋延時時鐘clk360同時經(jīng)過11個精調(diào)時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器模塊104-1，104-2...104-3，即延時11階比較延時，然后同時被延時基準(zhǔn)延時的參考時鐘clk_ref采樣，由于精調(diào)時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器模塊
104-1，104-2…104-3中的比較延時單元的延時量不同，最終延時量和參考時鐘與反饋延時時鐘的延時差相同的比較延時單元3的控制碼作為精調(diào)延時鏈的控制碼:ooooooooiii，gp精調(diào)延時鏈的控制碼的產(chǎn)生過程為延時自適應(yīng)的過程。
[0052]圖7是精調(diào)雙向移位寄存器鏈105的結(jié)構(gòu)圖。包括了 11個精調(diào)雙向移位單元
105-2、105-3…105-4和一多路選擇器105-1。精調(diào)雙向移位寄存器鏈105的作用是對精調(diào)控制碼進(jìn)行寄存以及調(diào)節(jié)。首先輸入清零信號nclr將精調(diào)雙向移位寄存器鏈105初始化為低電平，然后清零信號nclr上拉為高電平，精調(diào)雙向移位寄存器鏈開始工作。輸入加載信號LD為高電平時，精調(diào)雙向移位寄存器鏈105接收并寄存精調(diào)延時鏈控制碼F[ll: 1]，然后根據(jù)超前或滯后信號up/down和狀態(tài)保持信號決定是否對精調(diào)延時鏈控制碼進(jìn)行狀態(tài)保持或移位調(diào)節(jié)，產(chǎn)生并輸出寄存或移位調(diào)節(jié)后的精調(diào)延時鏈控制碼Q[l]，Q[2]…Q[10]，Q[ll]。精調(diào)雙向移位寄存器鏈105的移位方向由鑒相器的鑒相結(jié)果超前或滯后信號up/down進(jìn)行控制。如果鑒相器103檢測出反饋延時時鐘與參考時鐘的延時差在鎖定范圍內(nèi)，則精調(diào)雙向移位寄存器鏈105進(jìn)行狀態(tài)保持，否則精調(diào)雙向移位寄存器鏈105根據(jù)鑒相結(jié)果up/down進(jìn)行移位調(diào)節(jié)。如果參考時鐘和反饋延時時鐘的延時差超出了精調(diào)雙向移位寄存器鏈105的可調(diào)范圍，則精調(diào)雙向移位寄存器鏈105輸出啟動控制信號來啟動粗調(diào)雙向移位寄存器鏈102，系統(tǒng)重新進(jìn)入粗調(diào)節(jié)的鎖定過程。以精調(diào)雙向移位單元105-3來舉例說明精調(diào)雙向移位寄存器鏈105的工作過程。當(dāng)加載信號LD為高時，將精調(diào)控制碼F[2]加載進(jìn)來；當(dāng)啟動控制有效時，加載信號為低，進(jìn)行移位操作，Q[2]為當(dāng)前狀態(tài)，Q[l]為前一狀態(tài)，Q[3]為后一狀態(tài),如果up/down為低，把前一狀態(tài)Q[l]傳給Q[2];如果up/down為高，把后一狀態(tài)Q [3]傳給Q [2]。
[0053]圖8是在溫度27°，電源電壓1.5V，工藝角為typical的情況下的延時鎖定環(huán)路的鎖定過程。首先，reset信號為低時，環(huán)路復(fù)位。接著一個時鐘周期，粗調(diào)時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器101開始工作，估計(jì)參考時鐘的周期并產(chǎn)生粗調(diào)延時鏈的控制碼C[0: 15]。緊接著下個時鐘周期粗調(diào)雙向移位寄存器鏈102加載粗調(diào)控制碼，并輸出到粗調(diào)控制延時鏈進(jìn)行粗調(diào)節(jié)。緩沖一個時鐘周期進(jìn)行粗調(diào)延時鏈的延時調(diào)節(jié)后，精調(diào)時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器104開始工作，精調(diào)時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器104在一個時鐘周期內(nèi)根據(jù)參考時鐘與反饋延時時鐘的延時差自適應(yīng)選擇比較延時單元的控制碼作為精調(diào)延時鏈的控制碼F[1: 11]，緊接著一個時鐘周期精調(diào)雙向移位寄存器鏈105加載精調(diào)控制碼，并輸出到精調(diào)控制延時鏈進(jìn)行精調(diào)節(jié)。由于系統(tǒng)沒有鎖定，精調(diào)雙向移位寄存器鏈105根據(jù)相位檢測器的鑒相結(jié)果開始移位工作，精調(diào)雙向移位寄存器鏈105移動到最左(右)邊，系統(tǒng)還是沒有鎖定，這時重新啟動粗調(diào)雙向移位寄存器鏈102進(jìn)行粗調(diào)控制碼的移位工作，移位方向由鑒相器103的鑒相結(jié)果決定，而且只移一位即可重新將參考時鐘與反饋延時時鐘的延時差落在多級精調(diào)延時鏈的可調(diào)范圍之內(nèi)。之后精調(diào)雙向移位寄存器105根據(jù)鑒相結(jié)果重新進(jìn)行移位工作。當(dāng)延時鎖定環(huán)路由鎖定邏輯檢測到進(jìn)入鎖定狀態(tài)時，產(chǎn)生一個鎖定狀態(tài)信號locked。
[0054]以上所述，僅為本發(fā)明中的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉該技術(shù)的人在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可理解想到的變換或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的包含范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種延時鏈控制碼自適應(yīng)的延時鎖定環(huán)路，其特征在于，根據(jù)輸入時鐘周期大小自適應(yīng)產(chǎn)生延時鏈控制碼以實(shí)現(xiàn)延時鎖定環(huán)路的快速鎖定；所述延時鎖定環(huán)路包括: 一數(shù)字控制延時鏈，接收輸入?yún)⒖紩r鐘，并響應(yīng)于粗調(diào)延時鏈控制碼和精調(diào)延時鏈控制碼共同調(diào)節(jié)的數(shù)字控制延時鏈的延時，從而產(chǎn)生相互間相位差為90°的四個時鐘信號clk90、clkl80、clk270、反饋時鐘 clk360 ； 一鑒相器，用于接收輸入?yún)⒖紩r鐘和反饋時鐘，并檢測兩者的延時差，生成并輸出延時差指示信號的超前或滯后信號； 一粗調(diào)時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸入端接收輸入?yún)⒖紩r鐘，通過初步估計(jì)輸入?yún)⒖紩r鐘的周期大小，在一個時鐘周期內(nèi)產(chǎn)生并輸出粗調(diào)延時鏈控制碼； 一粗調(diào)雙向移位寄存器鏈，用于接收粗調(diào)延時鏈控制碼、超前或滯后信號和啟動控制信號，根據(jù)超前或滯后信號對粗調(diào)延時鏈控制碼進(jìn)行移位調(diào)節(jié)，生成并輸出粗調(diào)延時鏈控制碼； 一精調(diào)時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器，用于接收超前或滯后信號、輸入?yún)⒖紩r鐘和經(jīng)數(shù)字控制延時鏈延時調(diào)節(jié)后的輸出反饋時鐘，根據(jù)參考時鐘和反饋時鐘的延時差在一個時鐘周期內(nèi)自適應(yīng)產(chǎn)生并輸出精調(diào)延時鏈控制碼； 一精調(diào)雙向移位寄存器鏈，用于接收精調(diào)延時鏈控制碼和超前或滯后信號，根據(jù)超前或滯后信號對精調(diào)延時鏈控制碼進(jìn)行移位調(diào)節(jié)，產(chǎn)生并輸出精調(diào)延時鏈控制碼，如果精調(diào)延時鏈控制碼不能滿足延時調(diào)節(jié)，則產(chǎn)生啟動控制信號，控制粗調(diào)雙向移位寄存器鏈進(jìn)行粗調(diào)延時鏈的重調(diào)節(jié)；如果精調(diào)延時鏈控制碼滿足延時調(diào)節(jié)，則通過精調(diào)時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器和精調(diào)雙向移位寄存器鏈關(guān)閉啟動控制信號。
2.如權(quán)利要求1 所述的延時鎖定環(huán)路，其特征在于，所述數(shù)字控制延時鏈由四級相同的延時單元構(gòu)成，每級延時單元包括一粗調(diào)延時單元和一精調(diào)延時單元串聯(lián)連接；每級延時單元均由相同的控制碼來控制，因此每級延時單元有相同的延時量。
3.如權(quán)利要求2所述的延時鎖定環(huán)路，其特征在于，所述粗調(diào)延時單元由多路延時鏈級聯(lián)的方式實(shí)現(xiàn)；精調(diào)延時單元由鏡像電流源控制的緩沖器組成，通過改變充放電電流的大小實(shí)現(xiàn)精調(diào)延時的調(diào)節(jié)；所述精調(diào)延時單元的步長不隨負(fù)載的變化而變化，通過調(diào)節(jié)控制碼實(shí)現(xiàn)延時量的線性變化；粗調(diào)延時單元有m種不同延時,精調(diào)延時單元有η種不同延時，其中，m是[0，16]范圍內(nèi)的整數(shù)，η是[0，11]范圍內(nèi)的整數(shù)。
4.如權(quán)利要求1所述的延時鎖定環(huán)路，其特征在于，粗調(diào)時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器包括脈沖產(chǎn)生器、本征延時鏈、時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器延時鏈以及編碼器；粗調(diào)時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器用于產(chǎn)生粗調(diào)延時鏈的控制碼；在第一個時鐘上升沿，信號開始在時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器延時鏈中進(jìn)行傳輸；在第二個時鐘上升沿，判斷信號在一個參考時鐘周期內(nèi)傳輸?shù)难訒r鏈個數(shù)，即能初步判定參考時鐘的周期；再經(jīng)過編碼器，即產(chǎn)生粗調(diào)控制碼，把整個數(shù)字控制延時鏈的延時量初步控制在一個參考時鐘周期左右；由此可見，粗調(diào)延時鏈的控制碼是在一個時鐘周期內(nèi)產(chǎn)生的，加速了延時鎖定環(huán)路的粗調(diào)鎖定過程。
5.如權(quán)利要求1所述的延時鎖定環(huán)路，其特征在于，精調(diào)時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器由11個精調(diào)時間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊組成；精調(diào)時間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊包括一基準(zhǔn)延時單元、一比較延時單元、兩個零建立時間的D觸發(fā)器和一邏輯或門；比較延時單元和基準(zhǔn)延時單元的輸出分別作為同一 D觸發(fā)器的數(shù)據(jù)輸入和時鐘輸入,該D觸發(fā)器的輸出同時作為另一 D觸發(fā)器的時鐘輸入和邏輯或門的一個輸入，另一 D觸發(fā)器的數(shù)據(jù)端接一固定高電平，同時這一 D觸發(fā)器的輸出連接邏輯或門的另一輸入端；精調(diào)時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器估計(jì)參考時鐘與反饋時鐘的延時差，自適應(yīng)選擇延時量與這一延時差相同的比較延時單元，并將這一比較延時單元的控制碼作為精調(diào)延時鏈的控制碼。
6.如權(quán)利要求5所述的延時鎖定環(huán)路，其特征在于，所述基準(zhǔn)延時單元和比較延時單元均由鏡像電流源控制的緩沖器組成，通過精調(diào)控制碼來改變充放電電流的大小，從而實(shí)現(xiàn)緩沖器的不同延時。
7.如權(quán)利要求6所述的延時鎖定環(huán)路，其特征在于，所述鏡像電流源的控制字都開啟時，鏡像電流源的充放電電流最大，緩沖器的延時最小。
8.如權(quán)利要求6所述的延時鎖定環(huán)路，其特征在于，所述鏡像電流源的控制碼不同，緩沖器的延時量不同；調(diào)節(jié)鏡像電流源的控制碼，使得比較延時單元的延時逐漸線性增加。
9.如權(quán)利要求5所述的延時鎖定環(huán)路，其特征在于，所述11個比較延時單元的延時量隨控制開關(guān)的逐次關(guān)閉而線性增加，參考時鐘和反饋時鐘同時并行輸入到這11個精調(diào)時間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊，如果參考時鐘與反饋時鐘的延時差與某一比較延時單元的延時量相同，則將這一比較延時單元的控制碼作為精調(diào)控制碼，因此精調(diào)控制碼的產(chǎn)生過程為延時自適應(yīng)過程。
10.如權(quán)利要求4所述的延時鎖定環(huán)路，其特征在于，在粗調(diào)鎖定后，數(shù)字控制延時鏈的延時量即在一個時鐘周期左右，這樣避免了傳統(tǒng)延時鎖定環(huán)路容易把延時量鎖定為數(shù)個時鐘周期，而得到錯誤的90°、180°和270°的相移時鐘的問題，從而使得數(shù)字控制延時鏈具有避免錯誤鎖定功能。
【文檔編號】H03L7/085GK103684437SQ201310364179
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年8月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月4日
【發(fā)明者】張丹丹, 楊海鋼, 陳柱佳, 朱文銳, 高麗江 申請人:中國科學(xué)院電子學(xué)研究所