專(zhuān)利名稱(chēng)：片上時(shí)鐘不確定性的測(cè)量電路裝置及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及芯片時(shí)鐘不確定性的測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種微處理器的能夠 測(cè)量出時(shí)鐘偏差甚至?xí)r鐘抖動(dòng)的片上測(cè)量電路裝置及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)在計(jì)算機(jī)很多時(shí)候需要使用時(shí)鐘，例如，確保許多操作按照正確順序發(fā)生或同 步發(fā)生。因此，時(shí)鐘自身接近同步地工作是很重要的。典型地，兩個(gè)時(shí)鐘通常不是理想同步 的，并且時(shí)鐘之間存在定時(shí)差異。另外，兩個(gè)時(shí)鐘之間定時(shí)差異隨著時(shí)間而變化。時(shí)鐘定時(shí) 差異的這種變化被稱(chēng)為時(shí)鐘相位差或時(shí)鐘偏差(clock skew)。許多計(jì)算機(jī)定時(shí)協(xié)議需要如 兩個(gè)時(shí)鐘之間的時(shí)間偏差的信息。片上測(cè)量時(shí)鐘的不確定性(On-Chip Clock Uncertainty Measurement)系統(tǒng)適合 于處理大量的數(shù)據(jù)，同時(shí)這種可測(cè)性設(shè)計(jì)更適用于測(cè)試性芯片和大規(guī)模生產(chǎn)。如圖1所示，現(xiàn)有的片上測(cè)量時(shí)鐘的不確定性系統(tǒng)包括有由國(guó)際商業(yè)機(jī)器公 司(International Business Machines Corporation, IBM 公司)基于時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器 (Time-to-Digital Conver ter，TDC)原理設(shè)計(jì)的SKITTER電路，其是目前應(yīng)用較為廣泛的 片上測(cè)量時(shí)鐘的不確定性系統(tǒng)。該SKITTER電路包含兩條由相同低扇出負(fù)載的反相器(INV)組成的延遲線(xiàn) (DelayLine, DL)，該延遲線(xiàn)足夠長(zhǎng)以保證在工作頻率最低時(shí)依然可以容納至少一個(gè)周期的 時(shí)鐘延遲；然后利用相對(duì)的時(shí)鐘通過(guò)D類(lèi)型觸發(fā)器(D type flip-flop，DFF)對(duì)延遲線(xiàn)采 樣，采樣結(jié)果送入掃描鏈Gcan Chain)，得到如圖2所示的掃描結(jié)果，以備后續(xù)數(shù)據(jù)分析及 操作。該SKITTER電路對(duì)于單獨(dú)一組時(shí)鐘數(shù)據(jù)分析，進(jìn)行若干個(gè)周期的數(shù)據(jù)累計(jì)，若時(shí) 鐘周期出現(xiàn)長(zhǎng)短變化的情況，則說(shuō)明檢測(cè)到了電路中的時(shí)鐘抖動(dòng)(jitter)，其大小可以通 過(guò)反相器(INV)的延遲和跳動(dòng)級(jí)數(shù)計(jì)算得出。對(duì)于兩組時(shí)鐘數(shù)據(jù)同時(shí)分析，若兩個(gè)時(shí)鐘 的相同周期沿存在相位差，說(shuō)明它們之間存在時(shí)鐘偏差(skew)，其大小也可以通過(guò)反相器 (INV)的延遲和相差的級(jí)數(shù)計(jì)算得出。在IBM的設(shè)計(jì)中SKITTER電路一共有1 級(jí)反相器(INV)，每級(jí)的延遲為5_8皮秒 (picosecond, PS)，這也是該電路的測(cè)量精度。由此可以看出，該電路的測(cè)量精度會(huì)受到工 藝的制約。為了提高測(cè)量精度而提出了一種新的電路結(jié)構(gòu)游標(biāo)延遲線(xiàn)(Vernier Delay Line，VDL)，如圖3所示，組成兩條延遲線(xiàn)的反相器(INV)延遲不同，設(shè)差值為τ，那么一個(gè) 時(shí)鐘信號(hào)通過(guò)一條延遲線(xiàn)對(duì)另一時(shí)鐘信號(hào)采樣，每一次采樣都會(huì)有一個(gè)大小等于τ的微 小延遲差的積累，類(lèi)似于游標(biāo)卡尺的原理。若兩時(shí)鐘信號(hào)之間的時(shí)鐘偏差(skew)為T(mén)skew， 那么延遲線(xiàn)的長(zhǎng)度應(yīng)至少為T(mén)skew/ τ，由此看出該電路規(guī)模過(guò)大。另外由于工藝、電壓和溫 度偏差(Process，Voltage and Temperature Variation, PVT)等因素的影響，分立的反相 器(INV)之間存在一定的性能偏差，會(huì)使測(cè)量精度存在PS量級(jí)的誤差，因此該電路在實(shí)際應(yīng)用中很難起到理想的效果。也有人曾提出過(guò)采樣(Sub-Sampling)的方法，即用低頻采樣信號(hào)對(duì)待測(cè)時(shí)鐘信 號(hào)進(jìn)行采樣，根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)原理計(jì)算時(shí)鐘偏差(skew)。但這種方法需要對(duì)大量數(shù)據(jù)的進(jìn)行存 儲(chǔ)和計(jì)算，同時(shí)需要引入另外一個(gè)頻率的時(shí)鐘，這在實(shí)際中存在很大困難，因此目前還沒(méi)有 大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用。經(jīng)過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有這些技術(shù)主要采用了單一線(xiàn)性的延遲方式來(lái)調(diào)節(jié)時(shí)鐘，所面 臨的主要問(wèn)題就是測(cè)量范圍和測(cè)量精度較小，同時(shí)所需要處理的數(shù)據(jù)量和所需要的電路規(guī) 模都也比較大。而且較長(zhǎng)的延遲線(xiàn)還會(huì)引入較大的噪聲。并且對(duì)于象SKITTER這樣的電路， 對(duì)工藝過(guò)于依賴(lài)，需采用特定的工藝才能夠?qū)崿F(xiàn)其測(cè)量精度，不具有普適性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種片上時(shí)鐘不確定性的測(cè)量電路裝置和系統(tǒng)，其采用一 種復(fù)合非線(xiàn)性延遲線(xiàn)來(lái)對(duì)時(shí)鐘偏差甚至?xí)r鐘抖動(dòng)進(jìn)行片上測(cè)量，測(cè)量精度高，所需數(shù)據(jù)量 小。為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的而提供的一種片上時(shí)鐘不確定性的測(cè)量電路裝置，其特征在 于包括延遲電路和檢測(cè)單元；所述延遲電路包括粗調(diào)電路和細(xì)調(diào)電路；來(lái)自片上同一時(shí) 間源的兩個(gè)不同測(cè)量點(diǎn)的兩路待測(cè)時(shí)鐘信號(hào)A和時(shí)鐘信號(hào)B ；所述延遲電路對(duì)時(shí)鐘信號(hào)A 和時(shí)鐘信號(hào)B進(jìn)行延遲經(jīng)過(guò)所述粗調(diào)電路對(duì)時(shí)鐘信號(hào)A和時(shí)鐘信號(hào)B粗調(diào)延遲后，所述細(xì)調(diào)電路對(duì)粗調(diào) 后的時(shí)鐘信號(hào)A和時(shí)鐘信號(hào)B進(jìn)行細(xì)調(diào)延遲；檢測(cè)單元對(duì)經(jīng)細(xì)調(diào)后的時(shí)鐘信號(hào)A和時(shí)鐘信 號(hào)B的相位進(jìn)行檢測(cè)；在細(xì)調(diào)后的時(shí)鐘信號(hào)A和時(shí)鐘信號(hào)B相位相同時(shí)，根據(jù)細(xì)調(diào)后的時(shí)鐘信號(hào)A和時(shí) 鐘信號(hào)B的粗調(diào)延遲和細(xì)調(diào)延遲，計(jì)算得到時(shí)鐘信號(hào)A和時(shí)鐘信號(hào)B的時(shí)鐘偏差。以上技術(shù)方案還可以通過(guò)以下方式進(jìn)一步改進(jìn)。所述粗調(diào)電路是粗調(diào)單元，所述細(xì)調(diào)電路是2n+l個(gè)并聯(lián)的差值延遲單元，其中，η 為自然數(shù)；經(jīng)過(guò)所述粗調(diào)單元對(duì)時(shí)鐘信號(hào)A和時(shí)鐘信號(hào)B粗調(diào)延遲后，將粗調(diào)后的時(shí)鐘信號(hào) A和時(shí)鐘信號(hào)B各自分成2η+1路并聯(lián)信號(hào)；然后，分別將所述2η+1路并聯(lián)信號(hào)兩兩一對(duì)輸 入到2η+1個(gè)并聯(lián)的差值延遲單元進(jìn)行細(xì)調(diào)；所述2η+1個(gè)并聯(lián)的差值延遲單元對(duì)經(jīng)過(guò)的兩 路時(shí)鐘信號(hào)形成的延遲差的比例為η η-1 ... 0 ... -(η-1) -η。所述差值延遲單元包括第一細(xì)調(diào)單元和第二細(xì)調(diào)單元；粗調(diào)后的時(shí)鐘信號(hào)A和時(shí) 鐘信號(hào)B分別由第一細(xì)調(diào)單元和第二細(xì)調(diào)單元進(jìn)行細(xì)調(diào)；2η+1個(gè)差值延遲單元中的第一 細(xì)調(diào)單元與第二細(xì)調(diào)單元分別對(duì)兩路信號(hào)形成的延遲比例分別為η 0 ； (η-1) 0；...； 0 0 ；…0 (η-1) ；0 η。為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的而提供的一種片上時(shí)鐘不確定性的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于包 括片上時(shí)鐘不確定性的測(cè)量電路裝置和標(biāo)尺電路；所述片上時(shí)鐘不確定性的測(cè)量電路裝置 包括延遲電路和檢測(cè)單元；所述延遲電路包括粗調(diào)電路和細(xì)調(diào)電路；來(lái)自片上同一時(shí)間源 的兩個(gè)不同測(cè)量點(diǎn)的兩路待測(cè)時(shí)鐘信號(hào)A和時(shí)鐘信號(hào)B ；所述延遲電路對(duì)時(shí)鐘信號(hào)A和時(shí) 鐘信號(hào)B進(jìn)行延遲經(jīng)過(guò)所述粗調(diào)單元對(duì)時(shí)鐘信號(hào)A和時(shí)鐘信號(hào)B粗調(diào)延遲后，將粗調(diào)后的時(shí)鐘信號(hào)A和時(shí)鐘信號(hào)B各自分成2n+l路并聯(lián)信號(hào)；然后，分別將所述2n+l路并聯(lián)信號(hào)兩兩一對(duì)輸 入到2n+l個(gè)并聯(lián)的差值延遲單元進(jìn)行細(xì)調(diào)；所述2n+l個(gè)并聯(lián)的差值延遲單元對(duì)經(jīng)過(guò)的兩 路時(shí)鐘信號(hào)形成的延遲差的比例為η η-1 . . . 0 ... -(η-1) _η ；檢測(cè)單元對(duì) 經(jīng)細(xì)調(diào)后的時(shí)鐘信號(hào)A和時(shí)鐘信號(hào)B的相位進(jìn)行檢測(cè)；在細(xì)調(diào)后的時(shí)鐘信號(hào)A和時(shí)鐘信號(hào)B相位相同時(shí)，根據(jù)細(xì)調(diào)后的時(shí)鐘信號(hào)A和時(shí) 鐘信號(hào)B的粗調(diào)延遲和細(xì)調(diào)延遲，計(jì)算時(shí)鐘信號(hào)A和時(shí)鐘信號(hào)B的時(shí)鐘偏差；所述標(biāo)尺電路包括延遲單元環(huán)形振蕩器和差值延遲單元環(huán)形振蕩器；所述延遲單 元環(huán)形振蕩器用于測(cè)量片上時(shí)鐘不確定性的測(cè)量電路裝置粗調(diào)精度的真實(shí)大小，所述差值 延遲單元環(huán)形振蕩器用于測(cè)量所述片上時(shí)鐘不確定性的測(cè)量電路裝置細(xì)調(diào)精度的真實(shí)大 小。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明的一種片上時(shí)鐘不確定性的測(cè)量電路裝置及系統(tǒng)，具 有控制數(shù)據(jù)少，測(cè)量范圍大，測(cè)量精度高等特點(diǎn)，另外在一定程度上可以減小實(shí)際電路的面 積。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的基于時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器原理設(shè)計(jì)的SKITTER電路示意圖；圖2是圖1所示電路的采樣示意圖；圖3是現(xiàn)有技術(shù)中的游標(biāo)延遲線(xiàn)電路示意圖；圖4是本發(fā)明的片上時(shí)鐘不確定性的測(cè)量電路裝置的電路示意圖；其中，1時(shí)鐘偏差和時(shí)鐘抖動(dòng)的測(cè)量電路111第一多路選擇器，112第二多路選擇器；121第一粗調(diào)單元輸入緩沖器，122第二粗調(diào)單元輸入緩沖器；131第一粗調(diào)單元，132第二粗調(diào)單元；141第一細(xì)調(diào)輸入緩沖器，142第二細(xì)調(diào)輸入緩沖器；15差值延遲單元；圖5是圖4所示第一粗調(diào)單元的電路示意圖；圖6是圖4所示通過(guò)增加負(fù)載電容實(shí)現(xiàn)多組并聯(lián)的差值延遲單元的電路示意圖；圖7是本發(fā)明的標(biāo)尺電路的電路示意圖；圖8是本發(fā)明的與非門(mén)(NAND)的二選一控制器的電路示意圖；圖9是本發(fā)明的與非門(mén)(NAND)的互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)的示意圖；圖10是本發(fā)明的采用了金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管(M0S管)負(fù)載的反相器 結(jié)構(gòu)的示意圖；圖11是本發(fā)明的鑒相器的電路示意圖。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明的片上時(shí)鐘不確定的測(cè)量電路裝置及系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所 描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
本發(fā)明實(shí)施例的片上時(shí)鐘不確定性的測(cè)量電路裝置及系統(tǒng)，利用了延遲鎖相環(huán) (Delay-Locked Loop)的原理。本發(fā)明實(shí)施例的片上時(shí)鐘不確定性的測(cè)量系統(tǒng)，包括兩部 分一片上時(shí)鐘不確定性的測(cè)量電路裝置l(Skew and Jitter Measurement, SJM)；和一標(biāo) 尺電路(Ring)。其中，片上時(shí)鐘不確定性的測(cè)量電路裝置，用于測(cè)量片上時(shí)鐘的時(shí)鐘偏差(skew) 和時(shí)鐘抖動(dòng)(jitter)；包括延遲電路(包括粗調(diào)電路和細(xì)調(diào)電路)，檢測(cè)單元和取樣單元。 粗調(diào)電路對(duì)時(shí)鐘信號(hào)的延遲是基本延遲單元(DC)的延遲D的偶數(shù)倍(即粗調(diào)電路的精度 為基本延遲單元(DC)的延遲D)，細(xì)調(diào)電路對(duì)時(shí)鐘信號(hào)的延遲小于基本延遲單元(DC)的延 遲D(即細(xì)調(diào)電路的精度小于基本延遲單元(DC)的延遲D)。一種片上時(shí)鐘不確定性的測(cè)量電路裝置，其特征在于包括延遲電路和檢測(cè)單元；所述延遲電路包括粗調(diào)電路和細(xì)調(diào)電路；來(lái)自片上同 一時(shí)間源的兩個(gè)不同測(cè)量點(diǎn)的兩路待測(cè)時(shí)鐘信號(hào)A和時(shí)鐘信號(hào)B ；所述延遲電路對(duì)時(shí)鐘信 號(hào)A和時(shí)鐘信號(hào)B進(jìn)行延遲經(jīng)過(guò)所述粗調(diào)電路對(duì)時(shí)鐘信號(hào)A和時(shí)鐘信號(hào)B粗調(diào)延遲后，所述細(xì)調(diào)電路對(duì)粗調(diào) 后的時(shí)鐘信號(hào)A和時(shí)鐘信號(hào)B進(jìn)行細(xì)調(diào)延遲；檢測(cè)單元對(duì)經(jīng)細(xì)調(diào)后的時(shí)鐘信號(hào)A和時(shí)鐘信 號(hào)B的相位進(jìn)行檢測(cè)；在細(xì)調(diào)后的時(shí)鐘信號(hào)A和時(shí)鐘信號(hào)B相位相同時(shí)，根據(jù)細(xì)調(diào)后的時(shí)鐘信號(hào)A和時(shí) 鐘信號(hào)B的粗調(diào)延遲和細(xì)調(diào)延遲，計(jì)算時(shí)鐘信號(hào)A和時(shí)鐘信號(hào)B的時(shí)鐘偏差。所述粗調(diào)電路是粗調(diào)單元，所述細(xì)調(diào)電路是2n+l個(gè)并聯(lián)的差值延遲單元，其中，η 為自然數(shù)；經(jīng)過(guò)所述粗調(diào)單元對(duì)時(shí)鐘信號(hào)A和時(shí)鐘信號(hào)B粗調(diào)延遲后，將粗調(diào)后的時(shí)鐘信號(hào) A和時(shí)鐘信號(hào)B各自分成2η+1路并聯(lián)信號(hào)；然后，分別將所述2η+1路并聯(lián)信號(hào)兩兩一對(duì)輸 入到2η+1個(gè)并聯(lián)的差值延遲單元進(jìn)行細(xì)調(diào)；所述2η+1個(gè)并聯(lián)的差值延遲單元對(duì)經(jīng)過(guò)的兩 路時(shí)鐘信號(hào)形成的延遲差的比例為η η-1 ... 0 ... -(η-1) -η。每個(gè)所述差值延遲單元包括第一細(xì)調(diào)單元和第二細(xì)調(diào)單元；粗調(diào)后的時(shí)鐘信 號(hào)A和時(shí)鐘信號(hào)B分別由第一細(xì)調(diào)單元和第二細(xì)調(diào)單元進(jìn)行細(xì)調(diào)；2η+1個(gè)差值延遲單 元中的第一細(xì)調(diào)單元與第二細(xì)調(diào)單元分別對(duì)兩路信號(hào)形成的延遲比例分別為η 0； (η-1) 0 ；…；0 0 ；…0 (η-1) ；0 η。所述檢測(cè)單元為2η+1個(gè)鑒相器，所述2η+1個(gè)鑒相器分別與2η+1個(gè)差值延遲單元 連接；所述鑒相器對(duì)細(xì)調(diào)后的時(shí)鐘信號(hào)A和時(shí)鐘信號(hào)B比較相位先后，輸出0或1。所述鑒相器的輸出出現(xiàn)0和1交界時(shí)(只能判斷細(xì)調(diào)后的時(shí)鐘信號(hào)A和時(shí)鐘信號(hào) B相位相同出現(xiàn)在0和1交界過(guò)程中)，時(shí)鐘信號(hào)A和時(shí)鐘信號(hào)B的時(shí)鐘偏差(只能近似 取)為粗調(diào)單元對(duì)兩路時(shí)鐘信號(hào)的延遲之差加上輸出0和1交界的兩個(gè)差值延遲單元對(duì)兩 路時(shí)鐘信號(hào)的延遲之差的平均值。標(biāo)尺電路包括兩個(gè)環(huán)形振蕩器(Ring Oscillator)延遲單元環(huán)形振蕩器(Ring_ DC)和差值延遲單元環(huán)形振蕩器(Ring_SDC)。延遲單元環(huán)形振蕩器(Ring_DC)，用于測(cè)量基 本延遲單元(DC)的實(shí)際延遲D實(shí)，即片上時(shí)鐘不確定性的測(cè)量電路裝置粗調(diào)精度的真實(shí)大 ??；差值延遲單元環(huán)形振蕩器(Ring_SDC)，用于測(cè)量差值延遲單元(SDC)的實(shí)際單位延遲 差d實(shí)，即片上時(shí)鐘不確定性的測(cè)量電路裝置細(xì)調(diào)精度的真實(shí)大小。優(yōu)選的，片上時(shí)鐘不確定性的測(cè)量電路裝置1 (Skew and Jitter Measurement,SJM)，如圖4所示，包括粗調(diào)單元13 (即粗調(diào)電路)，9組并聯(lián)的差值延遲單元15 (即細(xì)調(diào)電 路)，9個(gè)鑒相器(PD)(即檢測(cè)單元)，9個(gè)與鑒相器相連的D類(lèi)型觸發(fā)器(DFF)(即取樣單 元)；來(lái)自片上同一時(shí)間源的兩個(gè)不同測(cè)量點(diǎn)的兩路時(shí)鐘信號(hào)(時(shí)鐘信號(hào)A和時(shí)鐘信號(hào) B)，將粗調(diào)的時(shí)鐘信號(hào)輸入到鑒相器(PD)和D類(lèi)型觸發(fā)器(粗調(diào)的時(shí)鐘信號(hào)用來(lái)控制鑒 相器的鑒相過(guò)程和觸發(fā)器的取樣，屬于現(xiàn)有技術(shù)，在此不作詳細(xì)描述)；將細(xì)調(diào)后的時(shí)鐘信 號(hào)輸入到鑒相器(PD)進(jìn)行鑒相，D類(lèi)型觸發(fā)器(DFF)對(duì)鑒相結(jié)果進(jìn)行取樣；D類(lèi)型觸發(fā)器 (DFF)的輸出顯示經(jīng)延遲后的時(shí)鐘信號(hào)A和時(shí)鐘信號(hào)B相位同步(即D類(lèi)型觸發(fā)器的輸出 出現(xiàn)0和1交界)時(shí)，根據(jù)D類(lèi)型觸發(fā)器(DFF)的輸出，計(jì)算出同一時(shí)間源的兩個(gè)時(shí)鐘信號(hào) (時(shí)鐘信號(hào)A和時(shí)鐘信號(hào)B)的時(shí)間偏差。其中，如圖4所示，粗調(diào)單元13包括第一粗調(diào)單元131和第二粗調(diào)單元132，時(shí)鐘 信號(hào)A和時(shí)鐘信號(hào)B分別由第一粗調(diào)單元131和第二粗調(diào)單元132進(jìn)行粗調(diào)。第一粗調(diào)單 元131和第二粗調(diào)單元132都采用4位數(shù)字控制延遲線(xiàn)(DCDL-4)，4位數(shù)字控制延遲線(xiàn)采 用二進(jìn)制控制結(jié)構(gòu)，其優(yōu)點(diǎn)是可以用較少的控制信號(hào)控制步長(zhǎng)較小但范圍較大的延遲。如圖5所示，第一粗調(diào)單元131的4位數(shù)字控制延遲線(xiàn)由4組延遲單元以二進(jìn)制 的形式串聯(lián)組成。所述4組延遲單元分別是16級(jí)延遲單元(DCX 16)，8級(jí)延遲單元(DCX 8)，4級(jí)延 遲單元(DCX4)和2級(jí)延遲單元(DCX2) ；16級(jí)延遲單元(DCX 16)包括16個(gè)串聯(lián)的基本 延遲單元，其他級(jí)延遲單元同理。每組延遲單元與傳輸線(xiàn)并聯(lián)后與二選一控制器(MUX2)相 連，4組延遲單元的數(shù)字控制信號(hào)(CA16，CA8，CA4，CA2)分別輸入到相應(yīng)的二選一控制器 (MUX2)，通過(guò)數(shù)字控制信號(hào)控制相應(yīng)組延遲單元。數(shù)字控制信號(hào)由掃描鏈來(lái)提供。采用掃 描鏈控制數(shù)字控制延遲是現(xiàn)有技術(shù)，非本發(fā)明之重點(diǎn)，在此處只作為一種工具使用，在此處 不予詳細(xì)描述。控制時(shí)CA16 = 1，表示由16級(jí)延遲單元產(chǎn)生的延遲計(jì)入ECDL_4的延遲；CA16 =0，表示由16級(jí)延遲單元產(chǎn)生的延遲不計(jì)入的延遲。同理，CA8控制8級(jí)延遲單 元；CA4控制4級(jí)延遲單元；CA2控制2級(jí)延遲單元。設(shè)1級(jí)基本延遲單元(DC)的延遲為 D (在本實(shí)施例中，1級(jí)基本延遲單元的延遲的單位為皮秒，其中1，000, 000, 000, 000皮秒= 1秒)，那么這4組延遲單元的組合可以使形成2D的0_15之間的任意整數(shù)倍延遲。如圖4所示，差值延遲單元(Subtracted Delay Cell，SDC) 15由并聯(lián)形式實(shí)現(xiàn)。采 用并聯(lián)結(jié)構(gòu)一方面不需要對(duì)差值延遲單元進(jìn)行控制，減少了控制位、控制難度及測(cè)量時(shí)間； 另一方面可以實(shí)現(xiàn)更小的延遲，增大測(cè)量精度。優(yōu)選的，將經(jīng)粗調(diào)后的時(shí)鐘信號(hào)A分為奇數(shù)路S = 2n+l (第Al、第A2、第
A3.......；η = 1,2,3,......)，經(jīng)粗調(diào)的時(shí)鐘信號(hào)B分為奇數(shù)路S = &ι+1(第Bi、
第Β2、第Β3、...... ；η = 1,2,3,......)。然后兩兩(第Al和第Bi、第Α2和第Β2、
第A 3和第Β3.......)輸入到奇數(shù)組(S = 2η+1, η = 1,2,3......)并聯(lián)的差值延遲
單元進(jìn)行細(xì)調(diào)；經(jīng)奇數(shù)組(S = 2η+1, η = 1,2,3......)并聯(lián)的差值延遲單元細(xì)調(diào)延
遲后，所述2n+l個(gè)并聯(lián)的差值延遲單元對(duì)經(jīng)過(guò)的兩路時(shí)鐘信號(hào)形成的延遲差的比例為 η n-1 ... 0 ... -(n-1) -η。在本實(shí)施例中，S = 2n+l = 9，即 η = 4。較 佳地，為了實(shí)現(xiàn)精度小于1級(jí)基本延遲單元(DC)的延遲D(即一個(gè)門(mén)的延遲)，本發(fā)明通過(guò)增加負(fù)載電容的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)差值延遲單元。優(yōu)選的，如圖4所示，S = 2n+l = 9，即η = 4。經(jīng)9組并聯(lián)的差值延遲單元細(xì) 調(diào)延遲后，所述9組并聯(lián)的差值延遲單元對(duì)經(jīng)過(guò)的兩路時(shí)鐘信號(hào)形成的延遲差的比例為 4 3 2 1 0 -1 -2 -3 -4。所述差值延遲單元包括第一細(xì)調(diào)單元和第二細(xì)調(diào)單元；粗調(diào)后的時(shí)鐘信號(hào)A和時(shí) 鐘信號(hào)B分別由第一細(xì)調(diào)單元和第二細(xì)調(diào)單元進(jìn)行細(xì)調(diào)；2η+1個(gè)差值延遲單元中的第一 細(xì)調(diào)單元與第二細(xì)調(diào)單元分別對(duì)兩路信號(hào)形成的延遲比例分別為η 0 ； (η-1) 0；...；
0 0 ；…0 (η-1) ；0 η。2η+1個(gè)差值延遲單元中的第一細(xì)調(diào)單元與第二細(xì)調(diào)單元分別對(duì)兩路信號(hào)形成的 延遲比例分別為 4 0 ;3 0 ;2 0 ;1 0 ;0 0 ;0 -1 ;0 -2 ;0 -3 ;0 -4。如圖6所示，SDC_4、SDC_3、SDC_2、SDC_1和SDC_R分別在前兩級(jí)DC輸出端增加了 4、3、2、1和0級(jí)金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管(M0S管)負(fù)載，由于并聯(lián)電容是線(xiàn)性增加 的，那么在圖 4 中的9種組合(SDC_4，SDC_R)、(SDC_3, SDC_R)、(SDC_2, SDC_R)、(SDC_1，SDC_ R)、(SDC_R, SDC_R)、(SDC_R, SDC_1)、(SDC_R, SDC_2)、(SDC_R, SDC_3)及(SDC_R, SDC_4)， 經(jīng)細(xì)調(diào)后時(shí)鐘信號(hào)A和時(shí)鐘信號(hào)B的9組并聯(lián)的差值延遲單元對(duì)經(jīng)過(guò)的兩路時(shí)鐘信號(hào)形成 的延遲差的比例為4 3 2 1 0 -1 -2 -3 -4。這個(gè)差值延遲單元的單位 延遲差d由負(fù)載電容大小決定，可以實(shí)現(xiàn)一組精確的小延遲單元。即圖4所示9組差值延 遲單元的對(duì)經(jīng)過(guò)的兩路時(shí)鐘信號(hào)形成的延遲差分別為4d，3d，2d，ld，0，-Id, -2d，-3d，-4d， 經(jīng)9組并聯(lián)的差值延遲單元細(xì)調(diào)延遲后，所述9組并聯(lián)的差值延遲單元對(duì)經(jīng)過(guò)的兩路時(shí)鐘 信號(hào)形成的延遲差的比例為4 3 2 1 0 -1 -2 -3 -4。更佳地，本發(fā)明中的金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管(M0S管)尺寸與DC中的金 屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管(M0S管)相同，這樣也可以避免因工藝造成的過(guò)大偏差。并 聯(lián)的差值延遲單元組數(shù)的確定，可由基本延遲單元(DC)的仿真延遲Dfirt和并聯(lián)的差值延遲 單元的仿真單位延遲差的d^^得到，并聯(lián)的差值延遲單元的組數(shù)S (即2n+l)，則需要滿(mǎn)足 式(1)的要求
權(quán)利要求
1.一種片上時(shí)鐘不確定性的測(cè)量電路裝置，其特征在于包括延遲電路和檢測(cè)單元；所述延遲電路包括粗調(diào)電路和細(xì)調(diào)電路；來(lái)自片上同一時(shí) 間源的兩個(gè)不同測(cè)量點(diǎn)的兩路待測(cè)時(shí)鐘信號(hào)A和時(shí)鐘信號(hào)B ；所述延遲電路對(duì)時(shí)鐘信號(hào)A 和時(shí)鐘信號(hào)B進(jìn)行延遲經(jīng)過(guò)所述粗調(diào)電路對(duì)時(shí)鐘信號(hào)A和時(shí)鐘信號(hào)B粗調(diào)延遲后，所述細(xì)調(diào)電路對(duì)粗調(diào)后的 時(shí)鐘信號(hào)A和時(shí)鐘信號(hào)B進(jìn)行細(xì)調(diào)延遲；檢測(cè)單元對(duì)經(jīng)細(xì)調(diào)后的時(shí)鐘信號(hào)A和時(shí)鐘信號(hào)B 的相位進(jìn)行檢測(cè)；在細(xì)調(diào)后的時(shí)鐘信號(hào)A和時(shí)鐘信號(hào)B相位相同時(shí)，根據(jù)細(xì)調(diào)后的時(shí)鐘信號(hào)A和時(shí)鐘信 號(hào)B的粗調(diào)延遲和細(xì)調(diào)延遲，計(jì)算得到時(shí)鐘信號(hào)A和時(shí)鐘信號(hào)B的時(shí)鐘偏差。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的片上時(shí)鐘不確定性的測(cè)量電路裝置，其特征在于所述粗調(diào)電路是粗調(diào)單元，所述細(xì)調(diào)電路是2n+l個(gè)并聯(lián)的差值延遲單元，其中，η為自 然數(shù)；經(jīng)過(guò)所述粗調(diào)單元對(duì)時(shí)鐘信號(hào)A和時(shí)鐘信號(hào)B粗調(diào)延遲后，將粗調(diào)后的時(shí)鐘信號(hào)A和 時(shí)鐘信號(hào)B各自分成2η+1路并聯(lián)信號(hào)；然后，分別將所述2η+1路并聯(lián)信號(hào)兩兩一對(duì)輸入到 2η+1個(gè)并聯(lián)的差值延遲單元進(jìn)行細(xì)調(diào)；所述2η+1個(gè)并聯(lián)的差值延遲單元對(duì)經(jīng)過(guò)的兩路時(shí) 鐘信號(hào)形成的延遲差的比例為η η-1 ... 0 ... -(η-1) -η。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的片上時(shí)鐘不確定性的測(cè)量電路裝置，其特征在于所述差值延遲單元包括第一細(xì)調(diào)單元和第二細(xì)調(diào)單元；粗調(diào)后的時(shí)鐘信號(hào)A和時(shí)鐘信 號(hào)B分別由第一細(xì)調(diào)單元和第二細(xì)調(diào)單元進(jìn)行細(xì)調(diào)；2η+1個(gè)差值延遲單元中的第一細(xì)調(diào)單元與第二細(xì)調(diào)單元分別對(duì)兩路信號(hào)形成的延遲 比例分別為 η 0 ； (η-1) 0;... ；0 0 ；. . . 0 (η-1) ；0 η。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的片上時(shí)鐘不確定性的測(cè)量電路裝置，其特征在于所述檢測(cè)單元為2η+1個(gè)鑒相器，所述2η+1個(gè)鑒相器分別與2η+1個(gè)差值延遲單元連接；所述鑒相器對(duì)細(xì)調(diào)后的時(shí)鐘信號(hào)A和時(shí)鐘信號(hào)B比較相位先后，輸出0或1。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的片上時(shí)鐘不確定性的測(cè)量電路裝置，其特征在于所述鑒相器的輸出出現(xiàn)0和1交界時(shí)，時(shí)鐘信號(hào)A和時(shí)鐘信號(hào)B的時(shí)鐘偏差為粗調(diào)單 元對(duì)兩路時(shí)鐘信號(hào)的延遲之差加上輸出0和1交界的兩個(gè)差值延遲單元對(duì)兩路時(shí)鐘信號(hào)的 延遲之差的平均值。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的片上時(shí)鐘不確定性的測(cè)量電路裝置，其特征在于所述粗調(diào)單元，包括第一粗調(diào)單元和第二粗調(diào)單元；時(shí)鐘信號(hào)A和時(shí)鐘信號(hào)B分別由第 一粗調(diào)單元和第二粗調(diào)單元進(jìn)行粗調(diào)；所述第一粗調(diào)單元和第二粗調(diào)單元為4位數(shù)字控制延遲線(xiàn)，所述4位數(shù)字控制延遲線(xiàn) 為二進(jìn)制控制結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的片上時(shí)鐘不確定性的測(cè)量電路裝置，其特征在于 所述4位數(shù)字控制延遲線(xiàn)包括基本延遲單元，所述基本延遲單元的仿真延遲Dfirt ； 所述并聯(lián)的差值延遲單元的仿真單位延遲差的Clfirt，所述并聯(lián)的差值延遲單元的組數(shù)S = 2η+1，滿(mǎn)足下式的要求
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的片上時(shí)鐘不確定性的測(cè)量電路裝置，其特征在于 所述4位數(shù)字控制延遲線(xiàn)包括基本延遲單元，所述基本延遲單元的仿真延遲Dfirt ； 所述并聯(lián)的差值延遲單元的仿真單位延遲差的Clfirt，所述并聯(lián)的差值延遲單元的組數(shù)S = 2n+l，滿(mǎn)足下式的要求S-I 2
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的片上時(shí)鐘不確定性的測(cè)量電路裝置，其特征在于所述鑒相器分別對(duì)兩路時(shí)鐘信號(hào)的連續(xù)三個(gè)周期進(jìn)行相位比較，2n+l個(gè)鑒相器輸出三 組輸出信號(hào)，根據(jù)三組輸出信號(hào)的0和1相鄰位置改變的位數(shù)，設(shè)最大的0和1相鄰的位置 改變的位數(shù)為M ；計(jì)算得到兩待測(cè)時(shí)鐘信號(hào)的時(shí)鐘抖動(dòng)、ittCT為、ttCT = MXd； 其中，d是所述并聯(lián)的差值延遲單元的單位延遲差。
10.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的片上時(shí)鐘不確定性的測(cè)量電路裝置，其特征在于 所述基本延遲單元是帶金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管負(fù)載的反相器。
11.根據(jù)權(quán)利要求2所述的片上時(shí)鐘不確定性的測(cè)量電路裝置，其特征在于 所述并聯(lián)的差值延遲單元通過(guò)增加負(fù)載電容的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。
12.根據(jù)權(quán)利要求4所述的片上時(shí)鐘不確定性的測(cè)量電路裝置，其特征在于 所述鑒相器是用四級(jí)SR鎖存器串聯(lián)的主從觸發(fā)器的鑒相器。
13.一種片上時(shí)鐘不確定性的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于 包括片上時(shí)鐘不確定性的測(cè)量電路裝置和標(biāo)尺電路；所述片上時(shí)鐘不確定性的測(cè)量電路裝置包括延遲電路和檢測(cè)單元；所述延遲電路包括 粗調(diào)電路和細(xì)調(diào)電路；來(lái)自片上同一時(shí)間源的兩個(gè)不同測(cè)量點(diǎn)的兩路待測(cè)時(shí)鐘信號(hào)A和時(shí) 鐘信號(hào)B ；所述延遲電路對(duì)時(shí)鐘信號(hào)A和時(shí)鐘信號(hào)B進(jìn)行延遲經(jīng)過(guò)所述粗調(diào)單元對(duì)時(shí)鐘信號(hào)A和時(shí)鐘信號(hào)B粗調(diào)延遲后，將粗調(diào)后的時(shí)鐘信號(hào)A和 時(shí)鐘信號(hào)B各自分成2n+l路并聯(lián)信號(hào)；然后，分別將所述2n+l路并聯(lián)信號(hào)兩兩一對(duì)輸入到 2n+l個(gè)并聯(lián)的差值延遲單元進(jìn)行細(xì)調(diào)；所述2n+l個(gè)并聯(lián)的差值延遲單元對(duì)經(jīng)過(guò)的兩路時(shí) 鐘信號(hào)形成的延遲差的比例為η η-1 ... 0 ... -(η-1) _η ；檢測(cè)單元對(duì)經(jīng) 細(xì)調(diào)后的時(shí)鐘信號(hào)A和時(shí)鐘信號(hào)B的相位進(jìn)行檢測(cè)；在細(xì)調(diào)后的時(shí)鐘信號(hào)A和時(shí)鐘信號(hào)B相位相同時(shí)，根據(jù)細(xì)調(diào)后的時(shí)鐘信號(hào)A和時(shí)鐘信 號(hào)B的粗調(diào)延遲和細(xì)調(diào)延遲，計(jì)算時(shí)鐘信號(hào)A和時(shí)鐘信號(hào)B的時(shí)鐘偏差；所述標(biāo)尺電路包括延遲單元環(huán)形振蕩器和差值延遲單元環(huán)形振蕩器；所述延遲單元環(huán) 形振蕩器用于測(cè)量片上時(shí)鐘不確定性的測(cè)量電路裝置粗調(diào)精度的真實(shí)大小，所述差值延遲 單元環(huán)形振蕩器用于測(cè)量所述片上時(shí)鐘不確定性的測(cè)量電路裝置細(xì)調(diào)精度的真實(shí)大小。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的片上時(shí)鐘不確定性的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于所述檢測(cè)單元為2η+1個(gè)鑒相器，所述2η+1個(gè)鑒相器分別與2η+1個(gè)差值延遲單元連 接；所述鑒相器對(duì)細(xì)調(diào)后的時(shí)鐘信號(hào)A和時(shí)鐘信號(hào)B比較相位先后，輸出0或1 ；所述鑒相器的輸出出現(xiàn)0和1交界時(shí)，時(shí)鐘信號(hào)A和時(shí)鐘信號(hào)B的時(shí)鐘偏差為粗調(diào)單元對(duì)兩路時(shí)鐘信號(hào)的延遲之差加上輸出0和1交界的兩個(gè)差值延遲單元對(duì)兩路時(shí)鐘信號(hào)的延遲之差的平均值。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的片上時(shí)鐘不確定性的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于 所述粗調(diào)單元包括基本延遲單元，所述基本延遲單元的實(shí)際延遲為D^所述差值延遲 單元的實(shí)際單位延遲差為d實(shí)；
全文摘要
本發(fā)明提供一種片上時(shí)鐘不確定性的測(cè)量電路裝置，包括延遲電路和檢測(cè)單元；延遲電路包括粗調(diào)電路和細(xì)調(diào)電路；來(lái)自片上同一時(shí)間源的兩個(gè)不同測(cè)量點(diǎn)的兩路待測(cè)時(shí)鐘信號(hào)A和時(shí)鐘信號(hào)B；經(jīng)過(guò)粗調(diào)電路對(duì)時(shí)鐘信號(hào)A和時(shí)鐘信號(hào)B粗調(diào)延遲后，細(xì)調(diào)電路對(duì)粗調(diào)后的時(shí)鐘信號(hào)A和時(shí)鐘信號(hào)B進(jìn)行細(xì)調(diào)延遲；檢測(cè)單元對(duì)經(jīng)細(xì)調(diào)后的時(shí)鐘信號(hào)A和時(shí)鐘信號(hào)B的相位進(jìn)行檢測(cè)；在細(xì)調(diào)后的時(shí)鐘信號(hào)A和時(shí)鐘信號(hào)B相位相同時(shí)，計(jì)算得到時(shí)鐘信號(hào)A和時(shí)鐘信號(hào)B的時(shí)鐘偏差。本發(fā)明還提供一種包括上述測(cè)量電路裝置的測(cè)量系統(tǒng)，還包括標(biāo)尺電路。本發(fā)明采用一種復(fù)合非線(xiàn)性延遲線(xiàn)來(lái)對(duì)時(shí)鐘偏差甚至?xí)r鐘抖動(dòng)進(jìn)行片上測(cè)量，測(cè)量精度高，所需數(shù)據(jù)量小。
文檔編號(hào)G01R31/317GK102073008SQ20101053478
公開(kāi)日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2010年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月8日
發(fā)明者于航, 楊旭 申請(qǐng)人:北京龍芯中科技術(shù)服務(wù)中心有限公司