一種用于全數(shù)字鎖相環(huán)的動態(tài)器件匹配的方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于微電子及集成電路【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種用于全數(shù)字鎖相環(huán)的動態(tài)器件匹配的方法，尤其是一種應(yīng)用在全數(shù)字鎖相環(huán)中的，改善鎖相環(huán)輸出頻譜的動態(tài)器件匹配的方法。本方法通過包括：分頻倍數(shù)可變時鐘分頻器，偽隨機碼發(fā)生器，二進制-溫度計碼轉(zhuǎn)換電路和桶形移位器陣列的電路對數(shù)字控制振蕩器中控制字進行碼值轉(zhuǎn)換，并隨機移位，降低電容不匹配對數(shù)字控制振蕩器輸出頻譜的影響；本發(fā)明的方法尤其適用于全數(shù)字鎖相環(huán)的電路設(shè)計，在數(shù)字控制振蕩器模塊的設(shè)計和制造的過程中，具有重要的實用價值。
【專利說明】—種用于全數(shù)字鎖相環(huán)的動態(tài)器件匹配的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微電子及集成電路【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及改善電容不匹配的方法，具體涉及用于全數(shù)字鎖相環(huán)的動態(tài)器件匹配的方法，尤其是一種應(yīng)用在全數(shù)字鎖相環(huán)中的，改善鎖相環(huán)輸出頻譜的動態(tài)器件匹配的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]據(jù)報道，鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)(PLL)在無線通信與數(shù)字電路時鐘恢復(fù)領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)公開了傳統(tǒng)的鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)(PLL)電路由全定制(模擬/射頻電路)而成，電路的性能受工藝，電源電壓，溫度(PVT)的影響比較大，而另一方面，幾十納米級的CMOS技術(shù)已為數(shù)字電路帶來了巨大的恩惠，但對于模擬/射頻電路來說卻沒有如此明顯大的益處，其中的原因是，因為模擬/射頻電路中的無源部分(電容，電感等)并沒有隨工藝按比例縮小，同時工藝的發(fā)展使電源電壓降低，因此，對于模擬/射頻的電路的設(shè)計提出了更高的要求。在這樣的形勢下，一種基于數(shù)字IC設(shè)計方法的鎖相環(huán)ADPLL(ADPLL，A11 DigitalPhase Locked Loop)應(yīng)運而生，數(shù)字鎖相環(huán)ADPLL的主要優(yōu)點在于受工藝的影響較小，易于與其他數(shù)字電路集成，面積小，并能夠充分從集成電路的工藝按比例縮小中收益，ADPLL用數(shù)字的鑒相器，濾波器等代替?zhèn)鹘y(tǒng)模擬鎖相環(huán)的電荷泵，低通濾波器結(jié)構(gòu)。在ADPLL中，頻率控制字(FCW)為若干位的數(shù)字信號，代表期望的輸出頻率與輸入?yún)⒖夹盘栴l率之間的倍數(shù)關(guān)系，數(shù)字控制振蕩器(DCO)的輸出正弦信號經(jīng)過計數(shù)器(COUNTER)與時間-數(shù)碼轉(zhuǎn)換器(TDC)之后轉(zhuǎn)換為數(shù)碼，該數(shù)碼表示當前DCO的輸出頻率與參考頻率之間的倍數(shù)關(guān)系，在數(shù)字鑒相器中得到FCW與TDC，COUNTER輸出的差值，再將這一差值累加，累加得到的數(shù)碼表示期望的輸出信號與當前DCO輸出信號之間相位的差值，最終這一差值再經(jīng)過低通濾波處理之后去控制DCO的輸出頻率，這樣就形成了一個環(huán)路(ADPLL的簡易原理框圖如圖1所示)。整個環(huán)路的輸出信號頻率是由數(shù)字信號控制DCO中的開關(guān)電容陣列來控制的，但是在DCO模塊的設(shè)計和制造的過程中，由于工藝偏差等問題，會使數(shù)字控制振蕩器(DCO)中的電容元件出現(xiàn)不匹配的情況，而不匹配的情況的出現(xiàn)將影響到環(huán)路的輸出信號頻譜，針對這樣的情況，本發(fā)明擬提供一種改善電容不匹配的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種改善電容不匹配的方法。具體涉及一種用于全數(shù)字鎖相環(huán)的動態(tài)器件匹配的方法，尤其是一種應(yīng)用在全數(shù)字鎖相環(huán)中的，改善鎖相環(huán)輸出頻譜的動態(tài)器件匹配的方法。
[0005]本發(fā)明方法中，通過對數(shù)字控制振蕩器(DCO )中控制字進行碼值轉(zhuǎn)換，并隨機移位達到降低電容不匹配對DCO輸出頻譜的影響。
[0006]具體而言，本發(fā)明的用于全數(shù)字鎖相環(huán)的動態(tài)器件匹配的方法，其特征在于，通過對數(shù)字控制振蕩器(DCO)中控制字進行碼值轉(zhuǎn)換，并隨機移位，其中，當控制電容陣列的溫度計碼是“000011”時，隨機的選擇電容值與理想值之間有偏差的兩個不固定電容，對每個電容的偏差取平均，減小電容不匹配對輸出頻譜的影響。
[0007]更具體的，本發(fā)明的用于全數(shù)字鎖相環(huán)的動態(tài)器件匹配的方法，通過下述的電路實現(xiàn)，所述的電路包括:參考時鐘分頻器(分頻倍數(shù)可變)，偽隨機碼發(fā)生器，二進制-溫度計碼轉(zhuǎn)換電路和桶形移位器陣列。
[0008]本發(fā)明中，所述的偽隨機碼發(fā)生器是由分頻時鐘驅(qū)動的偽隨機碼發(fā)生器；
[0009]本發(fā)明中，所述的時鐘是整個全數(shù)字鎖相環(huán)環(huán)路的輸入?yún)⒖夹盘枺?br> [0010]本發(fā)明中，由偽隨機碼發(fā)生器控制移位位數(shù)；
[0011]本發(fā)明中，輸入是溫度計碼的桶形移位器陣列；
[0012]本發(fā)明中，所述的電路的輸入為二進制碼，該二進制碼表示DCO的當前輸出相位與ADPLL期望輸出的相位差值，在電路中經(jīng)過碼制轉(zhuǎn)換，并進行隨機移位之后，電路輸出經(jīng)過隨機移位后的溫度計碼直接控制ADPLL中DCO的電容陣列，
[0013]本發(fā)明中，組成所述電容陣列的電容均有相同的電容值。
[0014]本發(fā)明中，輸入的二進制信號先通過碼制轉(zhuǎn)換電路。
[0015](binary-to-thermometer encoder)轉(zhuǎn)換為溫度計碼，由分頻后的時鐘驅(qū)動的偽隨機序列發(fā)生器(pseudo-random code generator)輸出偽隨機序列到桶形移位器陣列(barrel shifter)，再由桶形移位器陣列實現(xiàn)溫度計碼的隨機移位處理，移位器的輸出驅(qū)動DCO開關(guān)電容陣列中的一部分電容(該部分是由相同值的電容組成的開關(guān)電容陣列)，實現(xiàn)對同一電容值的不同電容的動態(tài)選擇。
[0016]本發(fā)明在數(shù)字控制振蕩器(DCO)中，考慮2n個具有相同電容值的電容，它們由2nbit的溫度計碼來控制開關(guān)，該`2nbit的溫度計碼是由n bit的二進制碼轉(zhuǎn)換而來。通常在理想的情況下，電容陣列中的各個電容值都是相同的，所以“I”的個數(shù)完全相同的溫度計碼都會使DCO有同樣頻率的輸出信號，比如溫度計碼“001100”與“110000”；而在實際中，由于工藝偏差的存在，實際生產(chǎn)出來的電容距離理想值均有一定程度的偏差，因此每個電容的電容值均不一定相等，例如，如果控制電容陣列的溫度計碼是“000011”，操作時只是選擇六個電容中的最后兩個電容，并且以后每次出現(xiàn)“000011”時，總是選擇最后兩個電容，因為該兩個電容的電容值與理想值之間有偏差，所以這時的輸出信號的頻率就會偏離理想的頻率，本發(fā)明中突出的技術(shù)方案是，在每次出現(xiàn)“000011”時，選擇的兩個電容都不固定，并且是隨機的，其實質(zhì)是對每個電容的偏差取了平均，本發(fā)明的辦法明顯減小電容不匹配對輸出頻譜的影響。
[0017]本發(fā)明提供了用于全數(shù)字鎖相環(huán)的動態(tài)器件匹配的方法的具體的工作過程，參照圖2所示，本發(fā)明方法中以8個電容為例(U0-U7):圖中的SP (Start Pointer)指的是起始的器件編號，圖2 (a)與圖2 (b)的區(qū)別在于在(a)中每經(jīng)過2個時鐘周期SP發(fā)生改變，而(b)中每經(jīng)過4個時鐘周期SP發(fā)生改變，具體過程為:在圖2(a)中，第一個時鐘周期內(nèi)，輸入是2，SP=0，所以{U0，Ul }被選擇；第二個時鐘周期，輸入是3，SP不變，因此^0，仍，似}被選擇；第三個時鐘周期內(nèi)，輸入是I，SP變?yōu)?，因此只有U3被選擇……(a)中其他情況可以以此類推；圖2 (b)，第一個時鐘周期內(nèi)，輸入是3，SP=0，所以{U0，Ul U2 }被選擇，第二，三，四個時鐘周期與此類似，直到第五個時鐘周期時，SP變?yōu)?，輸入是4，所以{U6，U7U0, Ul }被選擇，以下的時鐘周期與此類似。[0018]上述工作過程中，輸入信號是未經(jīng)過處理的溫度計碼，而SP的值由外來的偽隨機碼控制。
[0019]本發(fā)明的改善電容不匹配的方法尤其適用于全數(shù)字鎖相環(huán)的電路設(shè)計，在DCO模塊的設(shè)計和制造的過程中，具有重要的實用價值。
[0020]為了便于理解，以下將結(jié)合具體的附圖和實施例對本發(fā)明的改善電容不匹配的方法進行詳細地描述。需要特別指出的是，具體實例和附圖僅是為了說明，顯然本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以根據(jù)本文說明，在本發(fā)明的范圍內(nèi)對本發(fā)明做出各種各樣的修正和改變，這些修正和改變也納入本發(fā)明的范圍內(nèi)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是傳統(tǒng)的簡易ADPLL的原理框圖。
[0022]圖2是本發(fā)明中闡述的算法的實際工作過程。
[0023]圖3是本發(fā)明具體的電路實現(xiàn)框圖。
[0024]圖4是未含有本發(fā)明電路的ADPLL環(huán)路輸出頻譜。
[0025]圖5是含有本發(fā)明電路的ADPLL環(huán)路輸出頻譜。
【具體實施方式】
[0026]實施例1
[0027]結(jié)合圖3所示,輸入的二進制信號先通過碼制轉(zhuǎn)換電路(binary-to-thermometerencoder)轉(zhuǎn)換為溫度計碼，而由分頻后的時鐘(所述的時鐘是整個ADPLL的輸入?yún)⒖夹盘?驅(qū)動的偽隨機序列發(fā)生器(pseudo-random code generator)輸出偽隨機序列到桶形移位器陣列(barrel shifter)，再由桶形移位器陣列實現(xiàn)溫度計碼的隨機移位處理，移位器的輸出驅(qū)動DCO開關(guān)電容陣列中的一部分電容(該部分是由相同值的電容組成的開關(guān)電容陣列)，實現(xiàn)對同一電容值的不同電容的動態(tài)選擇；在上述過程中，實際上碼制轉(zhuǎn)換電路產(chǎn)生了圖2中的輸入，而圖2中SP的值由偽隨機碼發(fā)生器來產(chǎn)生，溫度計碼的移位處理由桶形移位器實現(xiàn)，通過上述的一個電路設(shè)計，整個動態(tài)匹配模塊在DCO的電容陣列之前對DCO控制字進行處理，最終達到減小電容不匹配的目的；
[0028]本實施例分別用同樣的頻率控制字仿真未含有本發(fā)明電路與含有本發(fā)明電路的ADPLL環(huán)路，輸出頻譜圖結(jié)果顯示，含有本發(fā)明電路的ADPLL的輸出比未含有本發(fā)明電路的ADPLL在期望的輸出頻點處(2.56GHz)輸出幅度高1.73dB，說明本發(fā)明起到了降低DCO電容不匹配對DCO輸出頻譜影響的作用(如圖4，圖5所示)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于全數(shù)字鎖相環(huán)的動態(tài)器件匹配的方法，其特征在于，通過下述的電路對數(shù)字控制振蕩器中控制字進行碼值轉(zhuǎn)換，并隨機移位，降低電容不匹配對數(shù)字控制振蕩器輸出頻譜的影響； 所述的電路包括:分頻倍數(shù)可變時鐘分頻器，偽隨機碼發(fā)生器，二進制-溫度計碼轉(zhuǎn)換電路和桶形移位器陣列。
2.按權(quán)利要求1所述的用于全數(shù)字鎖相環(huán)的動態(tài)器件匹配的方法，其特征在于，所述的偽隨機碼發(fā)生器是由分頻時鐘驅(qū)動的偽隨機碼發(fā)生器。
3.按權(quán)利要求1所述的用于全數(shù)字鎖相環(huán)的動態(tài)器件匹配的方法，其特征在于，所述的時鐘是整個全數(shù)字鎖相環(huán)環(huán)路的輸入?yún)⒖夹盘枴?br> 4.按權(quán)利要求1所述的用于全數(shù)字鎖相環(huán)的動態(tài)器件匹配的方法，其特征在于，所述偽隨機碼發(fā)生器控制移位位數(shù)。
5.按權(quán)利要求3所述的用于全數(shù)字鎖相環(huán)的動態(tài)器件匹配的方法，其特征在于，所述的輸入是溫度計碼的桶形移位器陣列.
6.按權(quán)利要求1所述的用于全數(shù)字鎖相環(huán)的動態(tài)器件匹配的方法，其特征在于，所述的電路的輸入為二進制碼，該二進制碼表示數(shù)字控制振蕩器的當前輸出相位與ADPLL期望輸出的相位差值，在電路中經(jīng)過碼制轉(zhuǎn)換，并進行隨機移位之后，電路輸出經(jīng)過隨機移位后的溫度計碼直接控制ADPLL中DCO的電容陣列。
7.按權(quán)利要求6所述的用于全數(shù)字鎖相環(huán)的動態(tài)器件匹配的方法，其特征在于，組成所述電容陣列的電容均有相同的電容值。
【文檔編號】H03L7/18GK103684428SQ201210331349
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年9月8日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月8日
【發(fā)明者】李巍, 劉鵬飛, 牛楊楊, 李寧 申請人:復(fù)旦大學(xué)