一種動態(tài)無死區(qū)飽和輸出鑒頻鑒相器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公布了一種動態(tài)無死區(qū)飽和輸出的鑒頻鑒相器，包括一個兩個輸入端相連以模擬同相的延遲控制電壓產(chǎn)生電路、一個改善鑒頻鑒相器輸入輸出線性特性的主鑒頻鑒相器。利用反饋動態(tài)調(diào)節(jié)復(fù)位路勁的延遲時間，消除死區(qū)并且不受環(huán)境變化的影響。采用多級鑒相鑒頻，在輸入存在頻率差時增加鑒頻鑒相器的狀態(tài)數(shù)，消除了周期滑失，改善了鑒相鑒頻器的輸入輸出特性。本實用新型通過在鑒頻鑒相器的輸入信號存在頻率差時輸出飽和，改善了輸如輸出的線性度，在輸入信號同步時維持最窄的輸出脈沖，降低了對電路匹配的要求，消除了死區(qū)，改善了零相差附近的線性度。
【專利說明】一種動態(tài)無死區(qū)飽和輸出鑒頻鑒相器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本實用新型涉及半導(dǎo)體集成電路，具體涉及數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)、高速處理器、高速數(shù)字電路系統(tǒng)中的信號頻率和相位的比較。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前高性能處理器和高速數(shù)據(jù)通信的發(fā)展，在信號頻率和相位比較的線性度方面提出了新的挑戰(zhàn)。但是在具體電路實現(xiàn)時，由于晶體管本身存在延遲和及其它非理想性，所實現(xiàn)的鑒頻鑒相器電路性能受到限制，非線性程度嚴(yán)重。雖然在設(shè)計階段可對電路進(jìn)行優(yōu)化，但電路的使用條件千差萬別，并且由于環(huán)境的動態(tài)變化，其性能也隨之變化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對電子系統(tǒng)中信號頻率和相位比較對鑒頻鑒相器線性度的要求，本發(fā)明提出了一種動態(tài)飽和輸出鑒頻鑒相器。
[0004]為達(dá)到以上目的，本發(fā)明是采取如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)的:
[0005]一種動態(tài)無死區(qū)飽和輸出鑒頻鑒相器，其特征在于，包括可變延遲單元、產(chǎn)生延遲控制電壓的電路和一個飽和輸出的鑒頻鑒相器?？勺冄舆t單元的延遲時間與鑒頻鑒相器的死區(qū)相對應(yīng)，消除了死區(qū)的影響，提高靈敏度，改善了零相差時的線性度，同時飽和輸出的鑒頻鑒相器改善了輸入相位差較大時鑒頻鑒相器輸入輸出的線性度。
[0006]上述方案中，所述可變延遲單元(180，190)由一個電流饑餓型反相器(10，20，30)和一個反相器(40，50)構(gòu)成，可變延遲單元的延遲時間與偽反相器(10，20，30)的控制電壓成負(fù)相關(guān)，通過改變控制電壓改變延遲單元的延遲時間，進(jìn)而改變鑒頻鑒相器中復(fù)位路徑的延遲，減小鑒頻鑒相器在零相位差時輸入輸出存在的死區(qū)，改善了零相差時的線性度。
[0007]所述產(chǎn)生延遲控制電壓的電路由一個零相差的鑒相器(200)、一個開關(guān)控制的恒流源(210)、并聯(lián)電容(220)和電阻(230)構(gòu)成。恒流源(210)對電容(220)充電的起始時刻與結(jié)束時刻與鑒頻鑒相器(200)在輸入無相差時輸出的脈沖相對應(yīng)，電容(220)上的電壓即為可變延遲單元的控制電壓。該電壓動態(tài)調(diào)節(jié)可變延遲單元的延遲時間，調(diào)節(jié)鑒頻鑒相器中復(fù)位路徑延遲，在環(huán)境變化時既克服死區(qū)的影響，又不增加鑒頻鑒相器在輸入零相差時輸出的脈沖寬度，減小了電路失配的影響。
[0008]所述飽和輸出的鑒頻鑒相器由2級鑒頻鑒相器(240)構(gòu)成。在存在頻率差時啟動第二級鑒頻鑒相器(100，130)，鑒頻鑒相器輸出高電平，克服了傳統(tǒng)鑒頻鑒相器在存在頻率差發(fā)生的周期滑失，改善了鑒頻鑒相器在存在頻率差時的線性度。
[0009]本發(fā)明根據(jù)環(huán)境的變化動態(tài)調(diào)節(jié)鑒頻鑒相器中復(fù)位路徑的延遲，消除了死區(qū)的影響并不額外增加零相位差時輸出脈沖的寬度；在存在頻率差時啟動第二級鑒頻鑒相器(100, 130)，改善了傳統(tǒng)鑒頻鑒相器的線性度。
【專利附圖】

【附圖說明】[0010]圖1為可變延遲單元電路結(jié)構(gòu)
[0011]圖2為第一級鑒頻鑒相器的組成單元
[0012]圖3為第二級鑒頻鑒相器的組成單元
[0013]圖4為飽和輸出鑒頻鑒相器
[0014]圖5為延遲控制電壓產(chǎn)生電路結(jié)構(gòu)
[0015]圖6為動態(tài)飽和輸出鑒頻鑒相器
[0016]圖7為動態(tài)飽和輸出鑒頻鑒相器的輸入存在頻率差時的工作示意圖【具體實施方式】
[0017]以下結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0018]首先分析影響鑒頻鑒相器線性度的因素。在零相位差附近，由于電路的非理想性，存在死區(qū)，雖然可通過插入延遲單元予以解決，但如果延遲時間過長，限制了鑒頻鑒相器的工作速度，更重要的是由于鑒頻鑒相器驅(qū)動的電路的非理想性，導(dǎo)致最終的鑒頻鑒相結(jié)果惡化。
[0019]傳統(tǒng)鑒頻鑒相器的電路的狀態(tài)只有3個，存在頻率差時狀態(tài)頻繁跳變，輸入輸出呈現(xiàn)嚴(yán)重的非線性。
[0020]本實用新型基于以上分析，采用反饋控制鑒頻鑒相器(200，240)復(fù)位路徑的延遲，在主鑒頻鑒相器(240)中增加一級鑒頻鑒相器。在零相位差附近鑒頻鑒相器中復(fù)位路徑的延遲最小，且隨環(huán)境的變化動態(tài)變化，鑒頻鑒相器輸入輸出的線性度不受環(huán)境變化的影響；在鑒頻鑒相器的輸入存在頻率差時，主鑒頻鑒相器中的第二級鑒頻鑒相器(100, 130)開始工作，克服存在頻率差時輸入輸出的非線性。
[0021]圖1為可變延遲單元，可變延遲單元由電流饑餓型反相器(10，20，30)和標(biāo)準(zhǔn)反相器(10，20，30)構(gòu)成。對信號進(jìn)行延遲，減緩復(fù)位動作時，需要的是對復(fù)位信號的上升沿進(jìn)行延遲，與下降沿?zé)o關(guān)。電路的工作可以看作以時間常數(shù)對節(jié)點A充電或放電，在放電過程中，降低控制電壓將增加從節(jié)點A看到的電阻值，減緩轉(zhuǎn)換過程，增加了 A點的下降時間也就延遲了輸出的上升沿。第2個反相器(10，20，30)的輸出具有通常的上升和下降時間。整個電路只是對輸入信號進(jìn)行了延遲，沒有破壞輸入信號的特性。
[0022]圖2為第一級鑒頻鑒相器的組成單元(CellA) (110，120)，由D觸發(fā)器(60)、二輸入與門(80)和三輸入與門(70)構(gòu)成，D觸發(fā)器(60)的輸入接電源，二輸入與門(80)的輸出接D觸發(fā)器(60)的復(fù)位端，三輸入與門(70)的輸出接D觸發(fā)器(60)的置位端。
[0023]圖3為第二級鑒頻鑒相器的組成單元(CellB) (100, 130)，基本單元為一具有復(fù)位功能的D觸發(fā)器(90)，且復(fù)位時低有效。
[0024]圖4為飽和輸出鑒頻鑒相器，由兩個CellA單元(110，120)、兩個CellB單元(100，130)，四個與非門(140，150, 160, 170)和兩個可變延遲單元(180，190)構(gòu)成。在每個Cell A(110,120)到對方的復(fù)位路徑上都有一一個可控延遲單元(180，190)，這兩個單元完全相同，使用同一個控制電壓。
[0025]圖5為延遲控制電壓產(chǎn)生電路結(jié)構(gòu)，由一個零相差的鑒相器(200)、一個開關(guān)控制的恒流源(210)、并聯(lián)電容(220)和電阻(230)構(gòu)成。延遲控制電壓產(chǎn)生電路的兩個輸入都與鑒頻鑒相器(200)的參考輸入相連，模擬了零相位差時鑒頻鑒相器的工作狀態(tài)，使用其輸出與一個恒流源(210)、電阻(230)和電容(220)構(gòu)成反饋回路，動態(tài)調(diào)節(jié)復(fù)位路徑的延遲時間。對電容(220)和電阻(230)網(wǎng)絡(luò)充電的開關(guān)由零相位差時鑒頻鑒相器(200)的輸出控制，恒流源(210)對電容(220)充電的起始時刻與結(jié)束時刻與鑒頻鑒相器(200)在輸入無相差時輸出的脈沖相對應(yīng)，電容上(220)的電壓即為可變延遲單元(180，190)的控制電壓。當(dāng)鑒頻鑒相器(200,240)中延遲單元(180,190)的延遲較大時，鑒頻鑒相器(200)在輸入無相差時輸出的脈沖較寬，恒流源(210)對電容(220)的充電時間較長，而通過電阻(230)放電的時間較短，電容(220)上的電壓升高，通過負(fù)反饋減小延遲單元(180，190)的延遲，反之類似。在消除死區(qū)的前提下維持最窄的輸出脈沖，使得延遲最小，提高了鑒頻鑒相器(200，240)的速度，減小了電路失配的影響和對負(fù)載電路匹配性的要求，提高了整體電路的線性度。
[0026]圖6為動態(tài)飽和輸出鑒頻鑒相器，因為死區(qū)只在零相位差附近出現(xiàn)，為了簡化電路，僅由CellA單元(110，120)構(gòu)成PFDl (200)，與反饋回路一起產(chǎn)生可變延遲單元(180, 190)的控制電壓。PFD2(240)對輸入?yún)⒖紩r鐘和反饋信號進(jìn)行鑒相鑒頻，PFDl (200)根據(jù)環(huán)路的工作狀態(tài)產(chǎn)生一延遲控制電壓，控制PFD2(240)中復(fù)位信號的延遲時間。
[0027]在動態(tài)飽和輸出鑒頻鑒相器工作過程中，如果Vdelay降低，PFDl (200)中復(fù)位路徑的延遲增加，將提高延遲產(chǎn)生電路輸出脈沖的寬度，增大Vdelay,使其恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)值。增大電容(220)值，降低由電容(220)和電阻(230)構(gòu)成的低通濾波器的截止頻率，可以減小Vdelay的抖動，但這將占用大量的芯片面積。在具體實現(xiàn)時，通過降低偏置電流，增大電阻(230)降低電容(220)的值，也可以使用高階濾波器來消除Vdelay線上的抖動。
[0028]動態(tài)飽和輸出鑒頻鑒相器在鑒頻階段，即相位差大于360度時，第二級鑒頻鑒相器(100，130)啟動，鑒頻鑒相器(240)由3個狀態(tài)變?yōu)?個狀態(tài)，而且改變了鑒頻鑒相器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，擴展鑒相鑒頻器的工作范圍，鑒頻鑒相器(240)的輸入輸出特性不再是三角波，而是近似于線性，改善輸入輸出的非線性，提高鑒相鑒頻性能。
[0029]動態(tài)飽和輸出鑒頻鑒相器的輸入只存在相位差不存在頻率差時，即相位差小于360度時，第二級鑒頻鑒相器不工作，鑒頻鑒相器維持3個狀態(tài)，與傳統(tǒng)鑒頻鑒相器的工作情況相同。此時由于額外電路不工作，動態(tài)飽和輸出鑒頻鑒相器的功耗幾乎與傳統(tǒng)鑒頻鑒相器的功耗相同，而且其輸入輸出特性相同，傳輸函數(shù)一致。
[0030]圖7為動態(tài)飽和輸出鑒頻鑒相器的輸入存在頻率差時的工作原理圖，輸出UP持續(xù)為高，產(chǎn)生飽和輸出，累積相位線性增加。
[0031]以上內(nèi)容是結(jié)合具體的實施方式對本發(fā)明所做的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的【具體實施方式】僅限于此，對于本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單的推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明由所提交的權(quán)利要求書確定專利保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種動態(tài)無死區(qū)飽和輸出的鑒頻鑒相器，包括參考信號輸入源、信號輸入源、主鑒頻鑒相器、可變延遲單元、產(chǎn)生延遲控制電壓電路，其特征在于:所述主鑒頻鑒相器和產(chǎn)生延遲控制電壓電路并行工作；延遲控制電壓電路產(chǎn)生的電壓反饋控制主鑒頻鑒相器和產(chǎn)生延遲控制電壓電路中的可變延遲單元。
2.如權(quán)利要求1所述一種動態(tài)無死區(qū)飽和輸出的鑒頻鑒相器，其特征在于:所述產(chǎn)生延遲控制電壓電路由鑒頻鑒相器、恒流源、電阻電容并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成；所述產(chǎn)生延遲控制電壓中的鑒頻鑒相器的兩個輸入都與參考信號輸入源相連；所述產(chǎn)生延遲控制電壓中的恒流源的開關(guān)由鑒頻鑒相器的輸出控制，所述可變延遲單元接在鑒頻鑒相器的反饋路徑上。
3.如權(quán)利要求1所述一種動態(tài)無死區(qū)飽和輸出的鑒頻鑒相器，其特征在于:主鑒頻鑒相器包括一級鑒頻鑒相器、二級鑒頻鑒相器和可變延遲單元，所述一級鑒頻鑒相器的輸出接二級鑒頻鑒相器的輸入，二級鑒頻鑒相器的輸出反饋回一級鑒頻鑒相器的輸入，所述一級鑒頻鑒相器和二級鑒頻鑒相器的輸出經(jīng)過邏輯運算后輸出，所述可變延遲單元接在反饋路徑上。
【文檔編號】H03L7/113GK203734654SQ201420123101
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年3月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月18日
【發(fā)明者】魏建軍 申請人:蘇州林華通信科技有限公司