專利名稱：通過內(nèi)插生成非偏斜互補信號的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般涉及數(shù)字電路，更具體地，涉及互補狀態(tài)(complementary state)的同步數(shù)字信號的生成。
背景技術：
在計算機和通信系統(tǒng)內(nèi)數(shù)字系統(tǒng)的普及需要質(zhì)量數(shù)字信號同步，無論它在集成電路處理器內(nèi)，在個人計算機或服務器的總線系統(tǒng)上，或者在無線設備的發(fā)送或接收器系統(tǒng)內(nèi)。隨著數(shù)字信號的頻率已經(jīng)增加到GHz范圍，同步的重要性也顯著地增加。這種同步的一個重要方面在于，不僅在分配處理中而且在信號的電路實現(xiàn)中在諸如系統(tǒng)時鐘信號等信號內(nèi)對偏斜(skew)的管理。當必需數(shù)字信號的互補形式時，出現(xiàn)偏斜問題的具體例子，即信號及其互補之間具有最小相對偏斜。
已經(jīng)通過現(xiàn)有技術中的不同技術解決了根據(jù)單個相位輸入信號生成在相位上間隔180度的兩個互補信號。一種公知的技術使用驅(qū)動匹配電容器的多個反相器串，這需要使用具有晶體管場的精確門電平匹配和電容設備的匹配的設計，從而最小化信號互補形式之間的信號偏斜。這種技術對通常與集成電路設備的制造相關的制造工藝變化非常敏感，這些變化將隨著設備型號的縮小而增加。另一種公知技術使用XOR門，但是同樣需要不同集成電路設備的門電平匹配，并且對相對于電源電壓和接地輸入的不對稱性以及上述制造工藝變化敏感。在US專利6466074中描述了另一種技術，其中通過不同集成電路設備的尺寸調(diào)整和放置來小心地管理回轉(zhuǎn)控制。在美國專利4456837、4987324和5568081中描述潛在可應用于傾斜管理和互補信號生成的回轉(zhuǎn)控制的其它實施方式。在美國專利6384658中描述了用于生成互補信號的另一種技術，其中同樣是進行設備和布局匹配，劃分時鐘信號，以尋求生成反相時鐘信號。在美國專利5047659中描述了使用邏輯門來生成數(shù)字輸入的互補輸出信號，但是使用門延遲的實際情況必需匹配不同的設備，因而變得對制造工藝變化敏感。
對于現(xiàn)在經(jīng)常遇到的GHz頻率上的信號，在數(shù)字電路中使用信號和它們的互補的盛行(通常是定時信號)需要簡單構(gòu)造的電路配置，它采用數(shù)字輸入信號，并生成具有最小偏斜的信號互補對，它由有源集成電路設備組成，所述有源集成電路設備可以使用具有可調(diào)整能力的相對匹配特性來制造(如果應用環(huán)境需要)。

發(fā)明內(nèi)容
通過本發(fā)明的設備和方法，使用反相器和源于反相器的內(nèi)插器，實現(xiàn)偏斜最小且對制造工藝變化敏感性最小的互補數(shù)字信號的生成。
在一種形式中，通過一種方法實現(xiàn)本發(fā)明，其中通過延遲的第一增量反相(invert)和延遲數(shù)字輸入信號，并同等地提供給內(nèi)插器的兩個輸入以在內(nèi)插器的輸出上生成數(shù)字輸入信號的互補形式。根據(jù)該方法，通過使用反相器生成另一個互補輸出信號以處理反相和延遲的數(shù)字信號，并引入第二相應增量延遲和作為一個輸入將這個結(jié)果提供給另一個內(nèi)插器，同時使數(shù)字輸入信號自身用作這個第二內(nèi)插器的第二輸入。第一內(nèi)插器生成具有所定義的多增量延遲的數(shù)字輸入信號的反相信號，第二內(nèi)插器重新生成具有相應多增量延遲的原始數(shù)字信號。
在本發(fā)明的設備形式中，將數(shù)字輸入信號提供給反相器，其輸出是通過增量延遲并連接到第一內(nèi)插器的兩個輸入的數(shù)字輸入信號。第一內(nèi)插器的輸出是通過與內(nèi)插器延遲組合的反相器的增量延遲而延遲的數(shù)字信號的互補信號。
將第一反相器的輸出，即通過一個增量反相和延遲的數(shù)字輸入信號，提供給第二匹配反相器，以在第二反相器的輸出上生成延遲兩個增量的數(shù)字輸入信號。第二內(nèi)插器作為一個輸入接收第二反相器的輸出，并作為其第二輸入接收原始數(shù)字信號。第二內(nèi)插器的輸出是延遲內(nèi)插器產(chǎn)生的增量和由第二反相器生成的延遲的一半的輸入數(shù)字信號的非互補形式。結(jié)果是匹配增量延遲。
根據(jù)下文對如附圖所示的本發(fā)明實施例的更詳細的描述，本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點將變得顯而易見。


圖1是數(shù)字系統(tǒng)的示意方框圖，該數(shù)字系統(tǒng)常規(guī)地使用相互之間具有最小偏斜的信號及其互補以實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理和無線通信。
圖2是用于實現(xiàn)數(shù)字信號的互補生成的電路的示意圖。
圖3是圖示內(nèi)插器功能的示意圖。
圖4是內(nèi)插器反相器單元的各種形式的示意圖。
圖5是內(nèi)插器中的固定型號反相器的示意圖。
圖6是圖示使用可變電阻功能調(diào)整內(nèi)插器操作的示意圖。
圖7是圖示使用電壓偏置以調(diào)整內(nèi)插器操作的示意圖。
具體實施例方式
在下文的描述中，闡述多個細節(jié)，例如具體的電路單元和門等以提供對本發(fā)明的完整理解。然而，對于本領域的技術人員來說，在沒有這些具體細節(jié)，而使用用于實現(xiàn)相同功能的硬件或軟件的情況下，顯然也可以實現(xiàn)本發(fā)明。已經(jīng)省略了一些細節(jié)，因為這些細節(jié)不是獲得對本發(fā)明的完整理解所必需的，并在本領域普通技術人員的能力范圍之內(nèi)。
現(xiàn)在參考附圖，其中所圖示的單元沒有必要按比例圖示，其中在各幅圖中可以用相同的參考數(shù)字描述相同或類似的單元。圖1圖示在其中可以實現(xiàn)本發(fā)明的環(huán)境的系統(tǒng)級圖，具體而言，處理數(shù)字格式信號的典型功能單元。如圖1所示，系統(tǒng)1圖示具有通過超高速緩存器4耦合到系統(tǒng)總線6的一對數(shù)字處理器2和3的個人計算機或服務器，該系統(tǒng)總線6還耦合到非易失性主存儲器7。將系統(tǒng)總線6圖示為通過橋8連接到I/O總線9，它通常具有與之連接的各種I/O設備11和外部通信接口12。如圖所示，外部通信接口12通過公知的射頻技術將無線通信直接或間接地提供給個人數(shù)字助理13和電話機14。在整個系統(tǒng)內(nèi)和在圖1所示的每個功能單元內(nèi)生成、處理和分配周期數(shù)字信號，不管它們以數(shù)據(jù)、地址、控制或時鐘同步信號的形式。盡管目前這些系統(tǒng)和功能設備通用GHz頻率，但是這種數(shù)字信號的存在通常還是需要生成具有最小失真和偏斜的這種信號的互補對。
根據(jù)本發(fā)明的方法和設備，可以通過功能上如圖2所示的電路的實施來生成數(shù)字信號的互補和同步形式。如圖所示，互補信號生成器21在節(jié)點22上以數(shù)字格式時間可變信號X(t)的形式接收輸入，并在節(jié)點23和24上提供互補輸出，該輸出具有在時間上通過匹配3Δ的增量延遲一個時間的最小相對偏斜。如圖2中所實施的，該電路包括反相器26，它在其輸入上接收信號X(t)，并在其輸出上生成延遲時間增量Δ的信號的互補信號。隨后，通過反相器27反相反相器26的輸出以提供延遲2Δ的輸出X(t)。A時間增量表示因為匹配反相器26和27導致的信號反相時間延遲。將反相器26的輸出即延遲Δ的X(t)的互補信號從公共節(jié)點28提供給內(nèi)插器29的兩個輸入。設計和制造成匹配內(nèi)插器29的內(nèi)插器25作為它的兩個輸入接收原始數(shù)字信號X(t)和以延遲2Δ的X(t)的形式的反相器27的輸出。內(nèi)插器29的輸出是延遲3Δ的X(t)的互補，而內(nèi)插器25的輸出是同樣延遲3Δ的數(shù)字信號X(t)。如所實施的，內(nèi)插器25和29在功能上引入了2Δ的匹配延遲，由于它們的實施涉及匹配反相器26和27的并行連接和級聯(lián)級的反相器。內(nèi)插器25和29可被設計成引入其它量值的延遲，因此將數(shù)字信號延遲除了3Δ之外的量值，同時將本發(fā)明的實施允許到匹配內(nèi)插器25和29的這種貢獻的程度。注意到在節(jié)點23和24上的電路21的輸出是兩個同步但是180度反相的信號。
圖3圖示如圖2中第一個所示的一個內(nèi)插器25A配置的輸入和輸出信號波形操作。注意到數(shù)字輸入信號A和B表示數(shù)字信號A和同一數(shù)字信號的時間延遲形式B。在內(nèi)插器25A OUT上的輸出是數(shù)字信號，它在本實施例中在A信號的上升和B信號的下降之間的時間中點上從低電平變換成高電平。
將時間延遲劃分成兩個相等部分，如參考在節(jié)點C上的信號所示，這是由于節(jié)點信號C在延遲間隔的過程中通過輸出反相器33的切換點的轉(zhuǎn)變的緣故。由內(nèi)插器25A執(zhí)行的數(shù)字信號A和B之間時間延遲的平衡劃分是由于在反相器31和32的大小上的匹配，反相器33的大小的相應加倍，和將位于電源電壓和接地之間中點上的反相器33的切換閾值的選擇。這些細化內(nèi)容是用于集成電路設備的標準設計參數(shù)，并且當在集成電路芯片上在物理鄰近范圍內(nèi)制造設備31、32和33時被輕易地實現(xiàn)。
制造的鄰近性和匹配尺寸同樣應用于如圖2所示的反相器26和27，因而匹配反相器26和27引起的任何延遲。
圖4圖示用于諸如圖3的31/32的反相器的三個場效應晶體管的實施例。研究發(fā)現(xiàn)通過使用這種反相器的低增益配置，能夠最小化集成電路制造工藝靈敏度。
圖5圖示圖3的反相器33的實施例，其中如圖4所示的反相器31和32的關鍵區(qū)別在于反相器33在尺寸上兩倍于每個單個反相器31或32的驅(qū)動容量。如圖5所示，場效應晶體管實施方式可能涉及反相器級的并行連接，如在反相器31或32中使用的，或者可以使用結(jié)構(gòu)上更大的晶體管來提供尺寸縮放。除了尺寸縮放以匹配反相器33的速度和驅(qū)動能力與并行連接反相器31和32的組合之外，另一個目的是確保在反相器33內(nèi)的晶體管的切換閾值定位在電源電壓和接地之間的中點上。場效應晶體管反相器的并行連接圖示在51上，而較大晶體管尺寸的實施方式在概念上圖示在52上。
圖6示意地圖示內(nèi)插器的其它實施例，例如圖2中的25和29。如圖6所示，在反相器63和64之間的路徑中引入可變電阻61和62。隨著電阻61和62的有效值改變，當反相器63和64在相反的輸出狀態(tài)上時，節(jié)點C上的電壓上移或下移。這樣，當節(jié)點C的定時達到輸出的切換閾值時，反相器66可以在幅度上偏移，從而在時間上偏移。這種偏移切換時間和相應地偏移波形A和B之間間隔的劃分的能力用陰影圖示在與OUT對應的波形內(nèi)。可以將可變電阻61/62實施為可熔設備或電子可選擇幅度，如用分別響應于選擇信號的并行連接通過場效應晶體管67所表示的。
圖7圖示另一個實施例，借助該實施例，可以通過使節(jié)點C達到反相器71的切換閾值的時間可變來調(diào)整內(nèi)插器的操作。如圖所示，使用控制電壓Vc偏置反相器73內(nèi)的晶體管72以加速或延遲輸出反相器71切換的時間。再次用信號OUT的陰影表示在延遲中的調(diào)整范圍。如圖7所示的對控制切換的偏置的使用相應地可應用于在內(nèi)插器的反相器71、73和74的那些晶體管。
如先前指出的，本發(fā)明尤其適合于處理周期數(shù)字信號，例如方波時鐘信號，從而生成具有最小偏斜的信號的互補形式。與本發(fā)明實施例相關的有限數(shù)量的組件(如圖2所示)以及在集成電路上在鄰近范圍內(nèi)制造這些設備從而獲得有源設備匹配的優(yōu)點的能力，使得本發(fā)明在很高的頻率上特別有價值和非?？捎?。諸如反相器26和27等功能設備源于現(xiàn)有技術中的可擴展經(jīng)驗，它們可隨時修正以進行匹配，從而提供相應時間延遲Δ，并且諸如25和29等內(nèi)插器可類似地匹配，這些都給本發(fā)明提供了到目前為止對于互補數(shù)字信號生成器不能獲得的高度靈活性。
雖然已經(jīng)參考其優(yōu)選實施例具體圖示和描述了本發(fā)明，本領域的技術人員將理解在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以在其中進行具體的形式上的上述和其它改變。
權(quán)利要求
1.一種互補數(shù)字信號生成器，包括數(shù)字信號源；用于生成延遲第一增量的數(shù)字信號的反相信號的裝置，耦合到數(shù)字信號源；用于生成延遲第二增量的數(shù)字信號的裝置，該第二增量標稱上是第一增量的兩倍，耦合到用于生成延遲第一增量的數(shù)字信號的反相信號的裝置；將延遲第一增量的數(shù)字信號的反相信號耦合到第一內(nèi)插器的第一和第二輸入，以生成延遲第三增量的數(shù)字信號的反相信號；和將延遲第二增量的數(shù)字信號和該數(shù)字信號耦合到第二內(nèi)插器的相應第一和第二輸入，以生成延遲第三增量的數(shù)字信號。
2.權(quán)利要求1的設備，其中數(shù)字信號是方波。
3.權(quán)利要求2的設備，其中數(shù)字信號是時鐘信號。
4.權(quán)利要求1的設備，其中用于生成延遲第一增量的數(shù)字信號的反相信號的裝置是第一反相器。
5.權(quán)利要求4的設備，其中用于生成延遲第二增量的數(shù)字信號的裝置是耦合到第一反相器的第二反相器。
6.權(quán)利要求5的設備，其中第一和第二反相器是集成電路設備。
7.權(quán)利要求6的設備，其中所述集成電路設備在功能上匹配。
8.權(quán)利要求7的設備，其中所述集成電路設備在同一集成電路芯片上相互鄰近。
9.權(quán)利要求1的設備，其中第一和第二內(nèi)插器在功能上匹配。
10.權(quán)利要求9的設備，其中第一和第二內(nèi)插器是集成電路設備。
11.權(quán)利要求9的設備，其中第一和第二內(nèi)插器分別包括多個反相器。
12.權(quán)利要求11的設備，其中多個反相器是集成電路設備。
13.權(quán)利要求12的設備，其中所述集成電路設備在同一集成電路芯片上相互鄰近。
14.權(quán)利要求9的設備，其中第一和第二內(nèi)插器分別具有第一和第二內(nèi)插器輸入反相器，耦合到所接收的相應第一和第二輸入，并且共同驅(qū)動一定大小的輸出反相器電路。
15.權(quán)利要求14的設備，其中一定大小的輸出反相器電路具有在標稱上是第一和第二內(nèi)插器輸入反相器的驅(qū)動能力的兩倍的驅(qū)動能力。
16.權(quán)利要求15的設備，其中第一和第二內(nèi)插器輸入反相器和一定大小的輸出反相器電路在公共集成電路芯片上相互鄰近。
17.權(quán)利要求5的設備，其中第一反相器、第二反相器、第一內(nèi)插器輸入反相器、第二內(nèi)插器輸入反相器和一定大小的輸出反相器在功能上匹配。
18.權(quán)利要求17的設備，其中第一反相器、第二反相器、第一內(nèi)插器輸入反相器、第二內(nèi)插器輸入反相器和一定大小的輸出反相器電路在公共集成電路芯片相互鄰近。
19.一種數(shù)字處理系統(tǒng)，包括耦合以將同步信號分配給多個功能單元的同步信號源；用于在與該同步信號同步的第一功能單元內(nèi)生成數(shù)字信號的信源；用于生成延遲第一增量的數(shù)字信號的反相信號的裝置，耦合到數(shù)字信號源；用于生成延遲第二增量的數(shù)字信號的裝置，該第二增量標稱上是第一增量的兩倍，耦合到用于生成延遲第一增量的數(shù)字信號的反相信號的裝置；將延遲第一增量的數(shù)字信號的反相信號耦合到第一內(nèi)插器的第一和第二輸入，以生成延遲第三增量的數(shù)字信號的反相信號；和將延遲第二增量的數(shù)字信號和該數(shù)字信號耦合到第二內(nèi)插器的相應第一和第二輸入，以生成延遲第三增量的數(shù)字信號。
20.權(quán)利要求19的系統(tǒng)，其中數(shù)字信號是方波。
21.權(quán)利要求20的系統(tǒng)，其中數(shù)字信號是時鐘信號。
22.權(quán)利要求19的系統(tǒng)，其中用于生成延遲第一增量的數(shù)字信號的反相信號的裝置是第一反相器。
23.權(quán)利要求22的系統(tǒng)，其中用于生成延遲第二增量的數(shù)字信號的裝置是耦合到第一反相器的第二反相器。
24.權(quán)利要求19的系統(tǒng)，其中第一和第二內(nèi)插器在功能上匹配。
25.一種用于生成互補數(shù)字信號的方法，包括步驟生成延遲第一增量的數(shù)字信號的反相信號；生成延遲第二增量的數(shù)字信號，該第二增量標稱上是第一增量的兩倍；將延遲第一增量的數(shù)字信號的反相信號耦合到第一內(nèi)插器的第一和第二輸入，以生成延遲第三增量的數(shù)字信號的反相信號；和將延遲第二增量的數(shù)字信號和該數(shù)字信號耦合到第二內(nèi)插器的相應第一和第二輸入，以生成延遲第三增量的數(shù)字信號。
26.權(quán)利要求25的方法，其中數(shù)字信號是方波。
27.權(quán)利要求26的方法，其中數(shù)字信號是時鐘信號。
全文摘要
一種互補數(shù)字信號生成器電路和方法接收周期數(shù)字信號作為輸入，在輸出上生成數(shù)字信號的互補形式。由反相器和內(nèi)插器處理所述數(shù)字信號。將反相和第一延遲形式的原始數(shù)字信號提供給第一內(nèi)插器的兩個輸入，從而在內(nèi)插器的輸出上生成延遲第一延遲和通過內(nèi)插器引入的延遲的數(shù)字信號的互補信號。反相該反相和第一延遲數(shù)字信號，通過第二匹配反相器第二次延遲，并作為輸入提供給第二內(nèi)插器。第二內(nèi)插器的第二輸入是原始數(shù)字信號。第二內(nèi)插器的輸出是延遲第一延遲和通過第二內(nèi)插器引入的延遲的相應組合的數(shù)字信號。當匹配第一和第二內(nèi)插器時，以第一和第二反相器的方式，兩個內(nèi)插器輸出提供基本上無偏斜且匹配延遲增量的數(shù)字信號及其互補信號。
文檔編號H03K19/08GK1773857SQ20051008947
公開日2006年5月17日 申請日期2005年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月12日
發(fā)明者尤安-安東尼奧·卡巴羅, 法第·西克馬特·格巴拉 申請人:國際商業(yè)機器公司