專利名稱：用于由時(shí)鐘信號(hào)比較確定抖動(dòng)與脈沖寬度的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及數(shù)字時(shí)鐘電路，特別涉及評(píng)估時(shí)鐘抖動(dòng)與占空比的電 路和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
確定時(shí)鐘信號(hào)的標(biāo)稱(nominal)脈沖寬度與抖動(dòng)對(duì)評(píng)估高速接口部件 和接口以及具有高頻時(shí)鐘的其他電路的性能是必需的。確定時(shí)鐘信號(hào)的標(biāo) 稱脈沖寬度與抖動(dòng)在確定所接收或產(chǎn)生的時(shí)鐘的品質(zhì)的許多電路和/或?qū)?性能進(jìn)行改變以便在時(shí)鐘信號(hào)中容納某種水平的抖動(dòng)和/或脈沖寬度偏差
(deviation )的電路來(lái)說(shuō)也是所希望的。
在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下，高準(zhǔn)確度實(shí)驗(yàn)室設(shè)備可用于經(jīng)由非常穩(wěn)定的基準(zhǔn)時(shí) 鐘以及長(zhǎng)的積分時(shí)間確定時(shí)鐘信號(hào)的抖動(dòng)和/或脈沖寬度。然而，用探針測(cè) 量極高頻率時(shí)鐘和/或高阻抗信號(hào)的挑戰(zhàn)相當(dāng)大，因?yàn)樘结樀挠绊懕仨毐豢?慮在測(cè)量之內(nèi)，探針特性可隨時(shí)間變化，且探針補(bǔ)償模型在實(shí)際測(cè)量條件 下可能不準(zhǔn)確。另外，可在允許這種精密測(cè)量的、阻抗匹配且隔離的輸出 衰減器中花費(fèi)相當(dāng)大的電路面積。這樣的設(shè)備是昂貴的，并且，將這種設(shè) 備的等價(jià)物并入產(chǎn)品電路典型地是不切實(shí)際的。
典型地，在片上測(cè)量中，使用在相位鎖定中本地產(chǎn)生或具有與被測(cè)時(shí) 鐘信號(hào)的高頻率準(zhǔn)確度的同步時(shí)鐘進(jìn)行抖動(dòng)和/或脈沖寬度測(cè)量。因此，必 須知道被測(cè)時(shí)鐘信號(hào)的準(zhǔn)確頻率。或者，必須觀察鎖定到時(shí)鐘的鎖相環(huán)
(PLL)電路的反饋信號(hào)或誤差的幅值，以便確定時(shí)鐘信號(hào)中存在的抖動(dòng) 量。某些PLL技術(shù)使用可調(diào)節(jié)延遲線，其提供了時(shí)鐘邊緣位置分布的測(cè)量， 但需要復(fù)雜的電路與穩(wěn)定的基準(zhǔn)時(shí)鐘。時(shí)鐘脈沖寬度也可由時(shí)鐘的平均DC 信號(hào)水平來(lái)確定，但由于低頻噪音而通常不具有高的準(zhǔn)確性。然而，當(dāng)應(yīng)用到高頻時(shí)鐘時(shí)以任何上述PLL技術(shù)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確性典型地需要這樣的PLL 電路其與時(shí)鐘源本身一樣成本昂貴，且具有至少在大小上大一個(gè)數(shù)量級(jí) 的固有穩(wěn)定性。
因此，人們希望提供這樣的用于確定時(shí)鐘信號(hào)的抖動(dòng)與脈沖寬度的方 法和設(shè)備低成本，能在沒(méi)有探針測(cè)量誤差的情況下至少部分地集成在產(chǎn) 品電路中，并能迅速確定未知頻率時(shí)鐘信號(hào)的抖動(dòng)與脈沖寬度。

發(fā)明內(nèi)容
提供用于確定時(shí)鐘信號(hào)抖動(dòng)與脈沖寬度的低成本設(shè)備與方法的上述目 的在一種方法和設(shè)備中提供。
該方法分析由設(shè)備提供的原始數(shù)據(jù)，該方法的性能可分布在測(cè)試電路 與工作站計(jì)算機(jī)之間，或者可完全嵌入在測(cè)試設(shè)備或產(chǎn)品集成電路中。
通過(guò)在基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)的轉(zhuǎn)換(transition )上對(duì)被測(cè)時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行采樣， 該方法收集被測(cè)時(shí)鐘信號(hào)的值，其中，基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)在頻率上至少輕微與 被測(cè)時(shí)鐘信號(hào)不同。
根據(jù)采樣時(shí)鐘與被測(cè)時(shí)鐘信號(hào)的周期/頻率之間的關(guān)系的猜測(cè)，對(duì)采樣 數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并且，在一范圍上或者直到獲得猜測(cè)正確的指示一一例如 抖動(dòng)分析指示最小抖動(dòng)或頻域分析指示特定頻率的峰信號(hào)能量一一時(shí)，對(duì) 猜測(cè)進(jìn)行調(diào)節(jié)。
上面獲得的周期用于產(chǎn)生時(shí)基(timebase)，以便對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行折 疊(fold)。不需要為進(jìn)一步分析數(shù)據(jù)而獲知時(shí)鐘信號(hào)的頻率或周期，僅 需要獲知如上面所介紹的方法之一所確定的、二者之間的關(guān)系。然而，如 果基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)的頻率以足夠的準(zhǔn)確度已知，則被測(cè)時(shí)鐘信號(hào)的頻率可由 所確定的時(shí)鐘周期來(lái)確定。
于是根據(jù)折疊數(shù)據(jù)對(duì)時(shí)鐘信號(hào)采樣值進(jìn)行分析，以便在時(shí)鐘周期的子 區(qū)間上產(chǎn)生采樣時(shí)鐘信號(hào)值的直方圖。這些值被置入與整體時(shí)鐘周期的每 個(gè)子區(qū)間(時(shí)間片(slice))對(duì)應(yīng)的直方圖"柄(bins)"。 一旦產(chǎn)生了 直方圖一一其對(duì)應(yīng)于時(shí)鐘信號(hào)值在一個(gè)周期上的累積分布函數(shù)，于是，對(duì)直方圖進(jìn)行微分，以便獲得概率密度函數(shù)，其產(chǎn)生了抖動(dòng)的量度。概率密 度函數(shù)的兩個(gè)峰之間的差為被測(cè)時(shí)鐘信號(hào)的標(biāo)稱脈沖寬度，概率密度函數(shù) 峰的寬度表示所存在的抖動(dòng)的量。
通過(guò)使用線性或其他漂移模型以在采樣集上使所猜測(cè)的周期前進(jìn)
(progress)，可從分析結(jié)果中移除基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)的頻率與被測(cè)時(shí)鐘信號(hào)
之間的漂移(drift)，且可從具有概率密度函數(shù)中的最小峰寬度的直方圖
中識(shí)別確切的頻率漂移。
采樣電路可被包含在產(chǎn)品晶片中，數(shù)據(jù)可通過(guò)工作站計(jì)算機(jī)經(jīng)由直接
探針測(cè)量或邊界掃描(boundary-scan)數(shù)據(jù)接口來(lái)收集。或者，處理電路
或算法可存在于或裝栽到包含處理器或用于進(jìn)行上述分析的專用數(shù)字電路
的產(chǎn)品集成電路中。分析方法可在包含用于實(shí)現(xiàn)該方法的步驟的存儲(chǔ)程序 指令的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品中實(shí)現(xiàn)。
將由下面對(duì)附圖所示本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的介紹明了本發(fā)明的前述以及
其他目的、特征以及優(yōu)點(diǎn)。


本發(fā)明的相信具有新穎性的特性在所附權(quán)利要求中給出，然而，結(jié)合 附圖，參照下面對(duì)說(shuō)明性實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明將最好地理解本發(fā)明自身及其 優(yōu)選使用模式、進(jìn)一步的目的和優(yōu)點(diǎn)，在附圖中，相同的參考標(biāo)號(hào)表示相 同的部件，其中
圖1為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例通過(guò)接口連接到第二電子接口的第一電子 單元的框圖2為實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的方法的、連接到被測(cè)裝置的制造測(cè) 試器與工作站計(jì)算機(jī)的示意圖3為一流程圖，其示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的方法；
圖4A-4E示出了在根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的方法中的數(shù)據(jù)處理操作與測(cè)
量；
圖5為一示意圖，其示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的確定推定時(shí)鐘周期的方法；
圖6A-6D示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的方法中的進(jìn)一步的數(shù)據(jù)處理操 作與測(cè)量；
圖7A-6D示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的方法中對(duì)頻率漂移進(jìn)行校正的 操作；
圖8A-8D示出了存在正弦抖動(dòng)的情況下根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的方法的
操作；
圖9為一流程圖，其示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的方法； 圖IO示出了圖9的方法的步驟92的DFT分析結(jié)果。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明涉及抖動(dòng)以及時(shí)鐘信號(hào)的占空比/脈沖寬度等其他特性的測(cè)量， 特別涉及接口時(shí)鐘的特性的測(cè)量。為了產(chǎn)生準(zhǔn)確的結(jié)果，測(cè)量數(shù)據(jù)的捕獲 通常由接口(或其他的時(shí)鐘接收電路)內(nèi)的采樣電路而不是單獨(dú)的測(cè)試探 針來(lái)進(jìn)行。然而，本發(fā)明的技術(shù)也可應(yīng)用到測(cè)試設(shè)備以及測(cè)試設(shè)備之內(nèi)。
首先，本發(fā)明提供了用于分析通過(guò)用異步基準(zhǔn)時(shí)鐘對(duì)被測(cè)時(shí)鐘信號(hào)進(jìn) 行采樣所獲得的數(shù)據(jù)的新方法。不是如同在鎖相環(huán)(PLL)環(huán)路濾波器中 所做的那樣對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，本發(fā)明對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，以便識(shí)別 被測(cè)時(shí)鐘信號(hào)相對(duì)于基準(zhǔn)時(shí)鐘的關(guān)系，接著，由根據(jù)所識(shí)別的時(shí)鐘關(guān)系折 疊采樣數(shù)據(jù)后的采樣分布，確定被測(cè)時(shí)鐘信號(hào)的特性。
因此，用于對(duì)被測(cè)時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行采樣的基準(zhǔn)時(shí)鐘以及被測(cè)時(shí)鐘自身必 須在頻率上至少輕微不同，且必須收集足夠數(shù)量的采樣，使得抖動(dòng)能從由 于輕微頻率差而產(chǎn)生的數(shù)據(jù)變化中被分辨出來(lái)。不需要為評(píng)估抖動(dòng)與脈沖 寬度而獲知時(shí)鐘周期/頻率。然而，如果具有已知頻率的高穩(wěn)定頻率源用于 基準(zhǔn)時(shí)鐘，則可由分析結(jié)果計(jì)算被測(cè)時(shí)鐘的頻率。
現(xiàn)在參照附圖，特別是參照?qǐng)D1，示出了通過(guò)有線接口或包含時(shí)鐘信 號(hào)以及一個(gè)或一個(gè)以上的數(shù)據(jù)信號(hào)的其他通道12連接的電氣單元10A與 IOB的框圖。接口電路13A、 13B可位于例如計(jì)算機(jī)外設(shè)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等裝置內(nèi)，或位于在系統(tǒng)內(nèi)互聯(lián)的集成電路內(nèi)，或可為具有嵌入被接收信號(hào)
的時(shí)鐘信號(hào)的無(wú)線裝置接口。功能電路14A、 14B通常不構(gòu)成本發(fā)明的部 分，而是進(jìn)行與單元10A以及10B的正常操作相關(guān)聯(lián)的功能。功能電路 14B被包含在內(nèi)，以便說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)可應(yīng)用到功能裝置而不是實(shí)驗(yàn)室 模型。然而，在某些實(shí)例中，進(jìn)行本發(fā)明的測(cè)量所需要的電路將在沒(méi)有修 改的情況下已經(jīng)存在于特定電氣單元10B的功能電路14B中，這里可想到 將這種功能電路用于進(jìn)行如輸入到根據(jù)本發(fā)明 一 實(shí)施例的方法的數(shù)據(jù)收 集。
數(shù)據(jù)收集所需要的電路被單獨(dú)示為測(cè)量電路11,并包含采樣鎖存器 Ll，基準(zhǔn)時(shí)鐘15和存儲(chǔ)器16，用于在基準(zhǔn)時(shí)鐘15的邊緣收集的接口 12 的時(shí)鐘信號(hào)的采樣。處理器18和存儲(chǔ)器19可視情況可選地包含在內(nèi)，用 于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法，或者，來(lái)自存儲(chǔ)器16的原始數(shù)據(jù)可通過(guò)測(cè)試系 統(tǒng)經(jīng)由邊界鎖存器17被按時(shí)鐘讀出(clockout)，或者經(jīng)由接口 13B從單 元10B讀出。另外，如果處理器18和存儲(chǔ)器19被包含在內(nèi)且采樣得到的 時(shí)鐘數(shù)據(jù)在本地受到處理，接口 13B和/或邊界鎖存器17可被讀取，以便 檢索(retrieve)通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的方法進(jìn)行的分析的結(jié)果。
通常必須提供基準(zhǔn)時(shí)鐘15的某些程度的調(diào)諧(tuning),或者，必須 選擇基準(zhǔn)時(shí)鐘15的頻率，使得該頻率不會(huì)位于被測(cè)時(shí)鐘信號(hào)時(shí)鐘頻率的確 切的倍數(shù)、由此產(chǎn)生將在折疊數(shù)據(jù)中得到一個(gè)標(biāo)稱(DC)值的零拍頻。基 準(zhǔn)時(shí)鐘15因此被示為耦合到邊界鎖存器以便在需要避免采樣過(guò)于接近被 測(cè)時(shí)鐘頻率的情況下提供可改變基準(zhǔn)時(shí)鐘15的時(shí)鐘頻率的、至少一位的調(diào) 節(jié)?；鶞?zhǔn)時(shí)鐘15也可視情況可選地由外部源——例如測(cè)試系統(tǒng)——提供， 特別是在也希望進(jìn)行;陂測(cè)時(shí)鐘信號(hào)的頻率測(cè)量的情況下。
現(xiàn)在參照?qǐng)D2，示出了晶圓測(cè)試系統(tǒng)，其中執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例 的方法。晶圓測(cè)試器20包含邊界掃描單元21,其用于經(jīng)由具有到晶片22A 的電氣測(cè)試連接23A的探針頭23向被測(cè)試晶圓22上的晶片22A提供激勵(lì) (stimulus)或從中讀取數(shù)據(jù)。視情況可選的基準(zhǔn)時(shí)鐘15A被包含在內(nèi)， 用于視情況可選地向晶片22A內(nèi)的上述采樣電M供穩(wěn)定且準(zhǔn)確的時(shí)鐘，改進(jìn)測(cè)量結(jié)果或是提供對(duì)被測(cè)時(shí)鐘信號(hào)的頻率的附加測(cè)量。
工作站計(jì)算機(jī)28——其具有耦合到存儲(chǔ)器27的、用于執(zhí)行來(lái)自存儲(chǔ) 器27的程序指令的處理器26，其中，程序指令包括用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明 一實(shí)施例的一個(gè)或一個(gè)以上的方法的程序指令——被耦合到晶圓測(cè)試器 20,由此，可檢索被采樣時(shí)鐘信號(hào)(或來(lái)自圖1的處理器18以及存儲(chǔ)器 19的分析結(jié)果)。CD-ROM驅(qū)動(dòng)器25也被耦合到處理器26，用于傳送來(lái) 自例如CD-ROM 3D等介質(zhì)的程序產(chǎn)品，該程序產(chǎn)品包含用于執(zhí)行根據(jù)本 發(fā)明的實(shí)施例的方法的程序指令。
工作站計(jì)算機(jī)28也被耦合到圖形顯示器29，用于顯示例如通過(guò)本發(fā) 明的實(shí)施例計(jì)算得到的抖動(dòng)與脈沖寬度值等程序輸出，以及例如圖4A-7D 所示出以及在下面介紹的圖形等圖形數(shù)據(jù)。工作站計(jì)算機(jī)28進(jìn)一步耦合到 輸入裝置，例如鼠標(biāo)24B以及鍵盤(pán)24A，以便接收用戶輸入。工作站計(jì)算 機(jī)可被耦合到例如互聯(lián)網(wǎng)等公共網(wǎng)絡(luò)，或者可以為專用網(wǎng)，例如多種 "intra-net"，包含實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的方法的程序指令的軟件可 位于遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)或本地地位于工作站計(jì)算機(jī)28中。另外，工作站計(jì)算機(jī) 28可通過(guò)這樣的網(wǎng)絡(luò)連接耦合到晶圓測(cè)試器20。
盡管圖2的系統(tǒng)示出了適合于晶圓上的多個(gè)晶片的連續(xù)測(cè)試的構(gòu)造， 所示出的系統(tǒng)是示例性的，不對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限制。探針頭23可以為多晶片 全晶圓探針系統(tǒng)，或者可包含多個(gè)探針頭，以4更在一個(gè)或多個(gè)晶片的^ 上同時(shí)測(cè)試多個(gè)晶圓。另外，盡管示出了邊界掃描數(shù)據(jù)檢索，本發(fā)明的技 術(shù)也可應(yīng)用于包含將程序代碼載入存儲(chǔ)器19 (圖1)以便由裝在晶片22A 上的處理器18 (圖1)執(zhí)行的數(shù)據(jù)接口，應(yīng)用于接口而不是邊界掃描單元 20A，例如，經(jīng)由對(duì)來(lái)自存儲(chǔ)器16 (圖1)的采樣時(shí)鐘數(shù)據(jù)或來(lái)自存儲(chǔ)器 19的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行檢索的專用測(cè)試接口裝置。
現(xiàn)在參照?qǐng)D3，才艮據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的方法在流程圖中示出。；陂測(cè)時(shí) 鐘信號(hào)以非整數(shù)相關(guān)頻率的本地基準(zhǔn)時(shí)鐘受到采樣(步驟30)，以獲得N 個(gè)采樣。如果被測(cè)時(shí)鐘信號(hào)的周期已知，則T被設(shè)置為該周期，否則，T 被設(shè)置為1 (步驟31)。接著，采樣時(shí)鐘周期TG的初始猜測(cè)被作為〈-T/2N的數(shù)(步驟32)。在T與TG之間的關(guān)系上進(jìn)行相干性檢查，以便拒絕密 切相關(guān)的時(shí)鐘周期猜測(cè)，例如TG-(T/2， T/3， T/4， T/5， 2175}(決策33)， 如果相干性檢查失敗，TG增大(步驟34)。接著，由TG產(chǎn)生時(shí)基，施 加視情況可選的漂移校正，使用視情況可選的漂移校正后的時(shí)基，采樣被 折疊到單位間隔(步驟35)。于是，根據(jù)由時(shí)基指示的子區(qū)間，采樣凈M 入直方圖的柄中，由每個(gè)柄中的采樣的兩個(gè)邏輯值'T，和"0"的計(jì)數(shù)比 計(jì)算累積分布函數(shù)(cdf)(步驟37)。于是，對(duì)cdf進(jìn)行微分，以便獲得 概率密度函數(shù)(pdf)，并由pdf的形狀確定抖動(dòng)(步驟38)。
上面介紹的從決策33到步驟38的步驟對(duì)于TG的所有增量重復(fù)，直 到T/2 (決策39)。另外， 一直到所有希望的漂移校正被施加(決策40)， 施加新的漂移校正(步驟41)，并重復(fù)步驟32到?jīng)Q策39。在數(shù)據(jù)值已經(jīng) 在所有時(shí)基周期以及漂移校正上得到分析之后，存在最小抖動(dòng)的TG周期
(步驟41)被取作正確的時(shí)鐘周期，脈沖寬度由pdf中的峰之間的時(shí)間差 確定，進(jìn)一步的抖動(dòng)特性由pdf的形狀來(lái)確定(步驟42)。
在一個(gè)特定的TG值上，抖動(dòng)值將急劇下降，pdf中的兩個(gè)尖峰表示 TG處于每個(gè)步驟41的正確值。如果收集了足夠數(shù)量的值，即使與采樣時(shí) 鐘實(shí)際周期之間的小的周期偏差將導(dǎo)致值在柄上的基4^目等的分布，因此， 得到對(duì)于被測(cè)時(shí)鐘信號(hào)的高抖動(dòng)值。
現(xiàn)在參照?qǐng)D4A-4D，所示圖表示出了上面參照?qǐng)D3所介紹的方法。圖 4A示出了由被測(cè)時(shí)鐘信號(hào)獲得的采樣(圓)。圖4B示出了在折疊之前的 累積采樣值(對(duì)應(yīng)得IV和OV)的分布。圖4C示出了推定抖動(dòng)Vs.采樣時(shí) 鐘周期的圖表。周期At=0.265上的抖動(dòng)的急劇下降表示正確的基準(zhǔn)時(shí)鐘周 期。圖4D示出了找到正確周期之后在折疊時(shí)鐘中的值的分布。重疊區(qū)域 對(duì)應(yīng)于由于抖動(dòng)造成的轉(zhuǎn)換的區(qū)域。圖表中的周期用TG/T的模余數(shù)
(modulo remainder)表示，其提供了折疊數(shù)據(jù)的參照單位間隔。
現(xiàn)在參照?qǐng)D4E, >^模(modulus )周期52——其對(duì)應(yīng)于^L測(cè)時(shí)鐘信 號(hào)與基準(zhǔn)時(shí)鐘之間的零周期差一一到周期53—一其表示時(shí)鐘周期中的差， 該差對(duì)應(yīng)于一個(gè)時(shí)鐘是另 一個(gè)的頻率的兩倍一一在單位間隔上示出了抖動(dòng)vs.采樣時(shí)鐘周期的圖表(1.0和0值基本上在單位間隔上基本上是同一點(diǎn)， 因?yàn)閙od[2T/T=0)。
周期52與53上的非常低的抖動(dòng)值是因?yàn)橛稍诒粶y(cè)時(shí)鐘波形內(nèi)的有效 相同位置(effective identical positions )讀取的采樣集——即相干采樣，其 被圖3中的步驟33中的上述方法拒絕一一獲得的DC值引起的。周期50 與51為正確的推定周期，具有最小量的實(shí)際抖動(dòng)并對(duì)應(yīng)于被測(cè)時(shí)鐘與基準(zhǔn) 時(shí)鐘周期之間的比值的模。由圖中可以看出，圖表在T/2周圍對(duì)稱，故推 定周期僅僅需要在單位間隔的 一半上被掃描。抖動(dòng)值中的其他下降對(duì)應(yīng)于 基準(zhǔn)時(shí)鐘與^^皮測(cè)時(shí)鐘、所猜測(cè)的周期的更高階的諧波關(guān)系的產(chǎn)物。
現(xiàn)在參照?qǐng)D5，圖中示出了折疊技術(shù)。視圖是簡(jiǎn)化圖，其示出了提供 過(guò)采樣(oversample)因子為10的基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)，其中，實(shí)際上，被測(cè)時(shí) 鐘可能不是被過(guò)采樣而是可能被欠采樣(undersample)。被測(cè)時(shí)鐘信號(hào)是 實(shí)際測(cè)量的時(shí)鐘波形，在下方的波形 一 一盡管# 畫(huà)作連續(xù)波形 一 一存在通 過(guò)用基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)對(duì)被測(cè)時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行采樣并從該數(shù)據(jù)集中選擇特定采樣 以"重建"被測(cè)時(shí)鐘信號(hào)的邊緣而提供的數(shù)據(jù)集中的采樣。在正確推定周 期信號(hào)中，根據(jù)對(duì)應(yīng)于被測(cè)時(shí)鐘信號(hào)周期以及基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)周期之間正確 關(guān)系的周期選擇采樣，因此，僅抖動(dòng)與脈沖寬度偏移將導(dǎo)致數(shù)據(jù)集中邊緣 實(shí)際位置與邊緣期望位置之間的差(由箭頭示出)。對(duì)于所示出的不正確 的推定周期信號(hào)，前進(jìn)的(progressive )(且為周期的)邊緣差將得到"抖 動(dòng)"分布，其對(duì)于足夠大的采樣集來(lái)說(shuō)是均勻的，因?yàn)槠谕吘壩恢门c實(shí) 際邊緣位置之間的距離通過(guò)相位差的全范圍循環(huán)。因此，最小抖動(dòng)分布將 在猜測(cè)周期等于正確采樣時(shí)鐘周期時(shí)發(fā)生。
現(xiàn)在參照?qǐng)D6A，時(shí)鐘信號(hào)的值相對(duì)于折疊數(shù)據(jù)示出，但這些數(shù)據(jù)不是 由這里介紹的方法計(jì)算得出的，除非電壓水平采樣經(jīng)由另 一機(jī)制也包括在 內(nèi)。該圖對(duì)于示出實(shí)際時(shí)鐘信號(hào)如何與圖6B所示折疊采樣數(shù)據(jù)相似 (resemble)來(lái)說(shuō)是有用的。采樣值分布的直方圖在圖6C中示出，對(duì)應(yīng)于 每個(gè)柄中"1"采樣與"0"采樣的數(shù)量比，其中，"1"為時(shí)鐘信號(hào)的邏輯 高狀態(tài)，"0"為邏輯低狀態(tài)。存在轉(zhuǎn)換區(qū)域，其中，直方圖不等于1.0或0.0。圖6D示出了通過(guò)對(duì)圖6C中的cdf直方圖進(jìn)行孩t分計(jì)算得到的pdf。 pdf中兩種分布各自的平均值之間的差為tpw，時(shí)鐘信號(hào)的"1"電平脈沖 寬度。分布的寬度為對(duì)于每個(gè)邊緣(僅一個(gè)被示為jpp)的峰到峰抖動(dòng)，每 個(gè)分布的偏差可用于計(jì)算時(shí)鐘信號(hào)的每個(gè)邊緣的rms抖動(dòng)jrms。
圖7A-7D示出了本發(fā)明的方法中的頻率漂移校正功能的應(yīng)用。圖7A 示出了^L情況可選的漂移校正功能，其用于在上述方法過(guò)程中在采樣集上 前進(jìn)地增大或減小猜測(cè)周期。圖7B示出了漂移校正到實(shí)際折疊時(shí)鐘信號(hào) (再一次地，不是上述方法中的實(shí)際計(jì)算，除非電壓水平采樣被獲取且被 折疊)的應(yīng)用。圖7C示出了在沒(méi)有漂移校正的情況下的時(shí)鐘信號(hào)采樣分 布。抖動(dòng)不對(duì)稱地分布，更多的抖動(dòng)點(diǎn)靠近每個(gè)分布的較早部分，抖動(dòng)值 的總體分布更寬。圖7D示出了已經(jīng)應(yīng)用適當(dāng)?shù)钠菩Ｕ蟮臅r(shí)鐘信號(hào) 采樣分布。
圖8A-8D示出了方法如何進(jìn)一步應(yīng)用于識(shí)別抖動(dòng)特性以及抖動(dòng)類型在 計(jì)算得到的分布上的影響。圖8A示出了具有正弦抖動(dòng)的時(shí)鐘信號(hào)。圖8B 示出了對(duì)應(yīng)的采樣值折疊集。
圖8C示出了對(duì)應(yīng)的cdf，圖8D為對(duì)應(yīng)的pdf，顯示出抖動(dòng)不是隨機(jī) 的，因?yàn)榉宀皇歉咚剐螤畹?，而是具有?duì)于兩個(gè)特定子區(qū)域的"偏好"。 可進(jìn)一 步觀察這樣的結(jié)果，以找到引入抖動(dòng)的機(jī)制以及形成抖動(dòng)的混沌電 路行為。
圖9示出了根據(jù)本發(fā)明替代實(shí)施例的方法。不是在掃描猜測(cè)周期TG 的同時(shí)進(jìn)行抖動(dòng)分析，圖9的方法預(yù)先分析采樣集以便直接確定TG。首 先，如圖3中的方法一樣，用非整數(shù)相關(guān)頻率的本地基準(zhǔn)時(shí)鐘對(duì)被測(cè)時(shí)鐘 信號(hào)進(jìn)行采樣(步驟卯)，以獲得N個(gè)采樣。如果被測(cè)時(shí)鐘信號(hào)的周期已 知，則T械i殳置為該周期，否則，T,皮設(shè)置為l (步驟91)。接下來(lái)，在 采樣集上進(jìn)行離散傅里葉變換(DFT )，在DFT結(jié)果中定位峰(步驟93 )， 通過(guò)將T乘以峰索引(index)除以采樣數(shù)，其被取作TG。接著，由TG 產(chǎn)生時(shí)基，施加視情況可選的漂移校正，使用視情況可選的漂移校正時(shí)基， 將采樣折疊到單位間隔(步驟94)。于是，根據(jù)用時(shí)基表示子間隔，將采樣裝入直方圖柄中(步驟95)，由每個(gè)柄中的采樣的兩個(gè)邏輯值"1"和 "0"的計(jì)數(shù)比值計(jì)算得到累積分布函數(shù)(cdf)(步驟96)。于是，對(duì)cdf 進(jìn)行微分，以便獲得概率密度函數(shù)(pdf),并由pdf的形狀確定抖動(dòng)。與 圖3中的方法一樣，峰到峰的抖動(dòng)可由pdf中的峰的寬度確定，rms抖動(dòng) 可由pdf峰的偏差計(jì)算，于是，由pdf中的峰之間的時(shí)間差確定脈沖寬度 (步驟98 )。
盡管特別示出并參照其優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了介紹，本領(lǐng)域技術(shù) 人員將會(huì)明了，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可做出上面的以 及其他的在形式和細(xì)節(jié)上的改變。
權(quán)利要求
1.一種測(cè)量被測(cè)時(shí)鐘信號(hào)的特性的方法，其包含以具有不同于所述時(shí)鐘信號(hào)的實(shí)際時(shí)鐘周期或其倍數(shù)的采樣周期的規(guī)則間隔收集所述被測(cè)時(shí)鐘信號(hào)的值的采樣；確定與所述采樣周期以及所述實(shí)際時(shí)鐘周期之間關(guān)系對(duì)應(yīng)的時(shí)基周期；根據(jù)所述時(shí)基將所述值分組到與所述實(shí)際時(shí)鐘周期的子間隔對(duì)應(yīng)的直方圖的柄中；以及分析所述直方圖，以確定所述時(shí)鐘信號(hào)的所述特性。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l的方法，其中，所述特性為所述時(shí)鐘信號(hào)的抖動(dòng)水 平，且其中，所述分析包含在所述時(shí)鐘信號(hào)的轉(zhuǎn)換區(qū)域中，確定所述直 方圖中所述值的分布的寬度；由所述寬度計(jì)算所述抖動(dòng)水平。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中，所述特性為所述時(shí)鐘信號(hào)的脈 沖寬度，且其中，所述分析包含在所述時(shí)鐘信號(hào)的轉(zhuǎn)換區(qū)域中，確定所述直方圖中所述值的分布的峰； 由所述峰之間的差計(jì)算所述脈沖寬度。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1、 2或3的方法，其中，所述確定所述時(shí)基周期包含..計(jì)算對(duì)于所述推定周期的所述時(shí)鐘信號(hào)的有效抖動(dòng)的量的指示；以及 調(diào)節(jié)所述時(shí)基周期，直到找到得到所述有效抖動(dòng)的最小量的時(shí)基周期。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l-4中任意一項(xiàng)的方法，其中，所述確定所述時(shí)基周 期包含進(jìn)行所述值的頻域分析；以及 在所述頻域分析的結(jié)果中定位峰。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l-5中任意一項(xiàng)的方法，其還包含在所述分組過(guò)程 中，在所述采樣上改變所述時(shí)基周期，以便校正所述實(shí)際時(shí)鐘周期與所述 規(guī)則間隔的寬度中至少 一個(gè)的漂移。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l-6中任意一項(xiàng)的方法，其中，所述特性為所述實(shí)際 時(shí)鐘周期，其中，所述收集使用具有已知采樣周期的基準(zhǔn)時(shí)鐘進(jìn)行，并還 包含由所述時(shí)基周期計(jì)算所述實(shí)際時(shí)鐘周期。
8. —種工作站計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其包含耦合到用于存儲(chǔ)程序指令與數(shù)據(jù)的 存儲(chǔ)器的、用于執(zhí)行程序指令的處理器，其中，所述程序指令包含用于測(cè) 量被測(cè)時(shí)鐘信號(hào)特性的程序指令，所述程序指令包含用于以下的程序指令以具有不同于所述時(shí)鐘信號(hào)的實(shí)際時(shí)鐘周期或其倍數(shù)的采樣周期的規(guī) 則間隔收集所述被測(cè)時(shí)鐘信號(hào)的值的采樣；期；根據(jù)所述時(shí)基將所述值分組到與所述實(shí)際時(shí)鐘周期的子間隔對(duì)應(yīng)的直 方圖的柄中；以及分析所述直方圖，以確定所述時(shí)鐘信號(hào)的所述特性。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8的工作站計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其中，所述特性為所述時(shí)鐘 信號(hào)的抖動(dòng)水平，且其中，用于分析的所述程序指令包含用于以下的程序指令在所述時(shí)鐘信號(hào)的轉(zhuǎn)換區(qū)域中，確定所述直方圖中所述值的分布的寬 度；以及由所述寬度計(jì)算所述抖動(dòng)水平。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8或9的工作站計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其中，所述特性為所 述時(shí)鐘信號(hào)的脈沖寬度，且其中，用于分析的所述程序指令包含用于以下 的程序指令在所述時(shí)鐘信號(hào)的轉(zhuǎn)換區(qū)域中，確定所述直方圖中所述值的分布的峰；以及由所述峰之間的差計(jì)算所述脈沖寬度。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8、 9或10的工作站計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其中，用于確定 所述時(shí)基周期的所述程序指令包含用于以下的程序指令計(jì)算對(duì)于所述推定周期的所述時(shí)鐘信號(hào)的有效抖動(dòng)的量的指示；以及調(diào)節(jié)所述時(shí)基周期，直到找到得到所述有效抖動(dòng)的最小量的時(shí)基周期。
12. 根據(jù)權(quán)利要求8-12中任意一項(xiàng)的工作站計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其中，用于 確定所述時(shí)基周期的所述程序指令包含用于以下的程序指令進(jìn)行所述值的頻域分析；以及 在所述頻域分析的結(jié)果中定位峰。
13. 根據(jù)權(quán)利要求8-12中任意一項(xiàng)的工作站計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其中，所述 程序指令還包含這樣的程序指令其用于在所述分組過(guò)程中，在所述采樣 上改變所述時(shí)基周期，以便校正所述實(shí)際時(shí)鐘周期與所述規(guī)則間隔的寬度 中至少一個(gè)的漂移。
14. 根據(jù)權(quán)利要求8-13中任意一項(xiàng)的工作站計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其中，所述 特性為所述實(shí)際時(shí)鐘周期，其中，采樣的所述收集使用具有已知采樣周期 的基準(zhǔn)時(shí)鐘進(jìn)行，并還包含由得到所述最小有效抖動(dòng)量的所述時(shí)基周期計(jì) 算所述實(shí)際時(shí)鐘周期的程序指令。
15. —種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其包含編碼有用于在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中執(zhí)行的 程序指令的信號(hào)承載介質(zhì)，其中，所述程序指令包含用于測(cè)量被測(cè)時(shí)鐘信 號(hào)特性的程序指令，所述程序指令包含用于以下的程序指令以具有不同于所述時(shí)鐘信號(hào)的實(shí)際時(shí)鐘周期或其倍數(shù)的采樣周期的規(guī) 則間隔收集所述被測(cè)時(shí)鐘信號(hào)的值的采樣；確定與所述采樣周期以及所述實(shí)際時(shí)鐘周期之間關(guān)系對(duì)應(yīng)的時(shí)基周期；方圖的柄中；以及分析所述直方圖，以確定所述時(shí)鐘信號(hào)的所述特性。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其中，所述特性為所述時(shí)鐘信號(hào)的抖動(dòng)水平，且其中，用于分析的所述程序指令包含用于以下的程序指令在所述時(shí)鐘信號(hào)的轉(zhuǎn)換區(qū)域中，確定所述直方圖中所述值的分布的寬 度；以及由所述寬度計(jì)算所述抖動(dòng)水平。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其中，所述特性為所述時(shí)鐘 信號(hào)的脈沖寬度，且其中，用于分析的所述程序指令包含用于以下的程序 指令在所述時(shí)鐘信號(hào)的轉(zhuǎn)換區(qū)域中，確定所述直方圖中所述值的分布的峰；以及由所述峰之間的差計(jì)算所述脈沖寬度。
18. 根據(jù)權(quán)利要求15的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其中，用于確定所述時(shí)基周 期的所述程序指令包含用于以下的程序指令計(jì)算對(duì)于所述推定周期的所述時(shí)鐘信號(hào)的有效抖動(dòng)的量的指示；以及調(diào)節(jié)所述時(shí)基周期，直到找到得到所述有效抖動(dòng)的最小量的時(shí)基周期。
19. 根據(jù)權(quán)利要求15的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其中，用于確定所述時(shí)基周 期的所述程序指令包含用于以下的程序指令進(jìn)行所述值的頻域分析；以及 在所述頻域分析的結(jié)果中定位峰。
20. 根據(jù)權(quán)利要求15的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其中，所述程序指令還包含 這樣的程序指令其用于在所述分組過(guò)程中，在所述采樣上改變所述推定 周期，以 <更校正所述實(shí)際時(shí)鐘周期與所述規(guī)則間隔寬度中至少 一個(gè)的漂移。
全文摘要
一種用于由時(shí)鐘信號(hào)比較確定抖動(dòng)與脈沖寬度的設(shè)備與方法提供了用于用基準(zhǔn)時(shí)鐘測(cè)量時(shí)鐘信號(hào)—其均具有未知頻率—的低成本且可產(chǎn)品集成的機(jī)構(gòu)。在基準(zhǔn)時(shí)鐘轉(zhuǎn)換時(shí)對(duì)測(cè)量得到的時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行采樣，根據(jù)采樣在時(shí)基周圍的折疊，采樣值被收集在直方圖中，其中，時(shí)基被掃描以檢測(cè)對(duì)于折疊數(shù)據(jù)的最小抖動(dòng)，或由采樣集的直接頻率分析得到。對(duì)正確推定周期的直方圖進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以便得到脈沖寬度——其為概率密度函數(shù)的峰之間的差——以及抖動(dòng)——其對(duì)應(yīng)于密度函數(shù)峰的寬度。頻率漂移通過(guò)調(diào)節(jié)用于在采樣集中折疊數(shù)據(jù)的時(shí)基得到校正。
文檔編號(hào)G01R31/319GK101410720SQ200780011314
公開(kāi)日2009年4月15日 申請(qǐng)日期2007年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月13日
發(fā)明者F·H·格巴拉, H·C·小克蘭福特, J·D·肖布 申請(qǐng)人:國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司