概率數(shù)字延遲測量設(shè)備的制造方法
【專利說明】概率數(shù)字延遲測量設(shè)備
[0001] 本說明書涉及數(shù)字延遲測量設(shè)備、用于測量數(shù)字信號的延遲的方法，并且涉及包 括數(shù)字延遲測量設(shè)備(諸如恒定延遲元件）的設(shè)備。
[0002] 在通信電子設(shè)備中，通常期望的是將信號延遲固定時間量，例如在GPS系統(tǒng)中或 在視頻和音頻數(shù)據(jù)的傳輸中。然而，可能難以構(gòu)建隨時間保持該延遲足夠恒定的元件或者 這是昂貴的，原因在于諸如由于IC制造期間的光刻變化所造成的改變和其他明顯化學變 化之類的生產(chǎn)相關(guān)的影響以及諸如溫度和電壓的變化之類的操作條件會影響延遲元件的 延遲。
[0003] 恒定延遲元件的另外的應(yīng)用包括計算機時鐘速率的控制?，F(xiàn)今的計算機芯片通常 使用高時鐘速率。在高時鐘速率下，影響延遲速率的生產(chǎn)變化和操作條件可能影響電子組 件的同步。
[0004] 使用延遲鏈以將信號延遲預(yù)定時間量的數(shù)字電路的一個具體示例是延遲鎖定環(huán) (DLL)。DLL可以被用來改變時鐘信號的相位，通常用以增強集成電路的時鐘上升以數(shù)據(jù)輸 出有效定時特性。DLL還可以用于時鐘恢復(fù)（⑶R)。
[0005] DLL的主要組件是包括首尾連接的許多延遲門的延遲鏈。延遲鏈的輸入連接到被 負延遲的時鐘。多路復(fù)用器連接到延遲鏈的每一級并且該多路復(fù)用器的選擇器由控制電路 自動更新以產(chǎn)生負延遲效果。DLL的輸出是結(jié)果所得的、經(jīng)負延遲的時鐘信號。
[0006] 本說明書公開了一種用于通過測量實際延遲并且通過隨時間根據(jù)所測量的延遲 對延遲進行調(diào)整來補償延遲變化的改進的反饋機制。具體地，根據(jù)本說明書的反饋機制包 括低頻采樣，其中輸出信號和/或輸入信號以與要測量的延遲的精確度相比可能是大的采 樣周期進行采樣。
[0007] 根據(jù)本說明書，尤其可以使用低采樣周期來提供具有足夠的精確度的低成本設(shè)備 或者進一步增強延遲測量的精確度。具體地，對于諸如視頻數(shù)據(jù)的傳輸和顯示之類的多媒 體應(yīng)用而言，低成本設(shè)備可以提供足夠的延遲精確度。
[0008] 具體地，由具有相同幅度并且具有基本上相同矩形形狀或包括基本上相同矩形脈 沖的兩個數(shù)字信號來提供要比較的信號，諸如延遲鏈的輸入信號和輸出信號。兩個信號遵 循相同輸入信號時鐘。此外，期望的延遲總是小于輸入信號時鐘的一個時鐘周期，并且延遲 不會隨時間突然改變或改變大量。此外，兩個采樣本身不經(jīng)受采樣延遲，或者至少那些延遲 是可忽略的，并且可允許基于大量的采樣來提供延遲的估計。
[0009] 通過示例的方式，可以利用包含具有良好定義的延遲時間的許多單元的抽頭延遲 線來實現(xiàn)延遲鏈。這可以例如利用串聯(lián)連接的具有預(yù)定延遲時間的D型觸發(fā)器單元來實 現(xiàn)。
[0010] 優(yōu)選地，采樣周期短于輸入信號的時鐘周期或者輸入信號的兩個轉(zhuǎn)變的最小距 離。在另外的實施例中，采樣周期至少稍微短于預(yù)期的延遲。另一方面，采樣周期可以比要 實現(xiàn)的延遲測量的精確度長得多。
[0011] 本說明書公開了用于利用延遲鏈提供或生成通信電子單元的延遲值的計算機實 現(xiàn)的方法。
[0012] 通信電子單元的數(shù)字輸入信號及其對應(yīng)的經(jīng)延遲的輸出信號以預(yù)定長度的采樣 間隔進行采樣，特別地以與預(yù)期的延遲相當?shù)幕蛑辽俨槐阮A(yù)期的延遲短得多的長采樣周期 進行采樣。
[0013] 經(jīng)采樣的輸入信號的幅度或電壓電平與經(jīng)采樣的輸出信號的幅度進行比較，并且 每次當經(jīng)采樣的輸入信號的幅度在預(yù)定容差內(nèi)不等于經(jīng)采樣的輸出信號的幅度時，失配計 數(shù)值M遞增。
[0014] 每當輸入信號轉(zhuǎn)變時信號轉(zhuǎn)變計數(shù)值N遞增，其中輸入信號的轉(zhuǎn)變還可以從輸出 信號的轉(zhuǎn)變導出。
[0015] 輸入信號和輸出信號之間的信號延遲值被生成為也稱為概率值的值。所生成的信 號延遲值與失配計數(shù)值M成正比例，與采樣間隔的長度成正比例，并且與信號轉(zhuǎn)變計數(shù)值N 成反比例。
[0016] 在一個實施例中，與延遲鏈的輸入信號和輸出信號的米樣同時地執(zhí)行米樣。
[0017] 具體地，可以由用于對具有兩個電壓電平的信號進行采樣的一個或多個1位 (one-bit)采樣器來執(zhí)行采樣。
[0018] 在一個實施例中，使用參考時鐘來規(guī)律觸發(fā)采樣，其中參考時鐘的采樣周期不同 于數(shù)字輸入信號的時鐘周期。由此，參考時鐘的脈沖相對于數(shù)字輸入信號的時鐘脈沖偏移， 并且獨立于數(shù)字輸入信號的時鐘脈沖的對準而做出參考時鐘脈沖的對準。
[0019] 具體地，在一個實施例中，參考時鐘的周期被選擇成使得最接近輸入信號的一個 時鐘周期的參考時鐘的采樣周期的倍數(shù)針對輸入信號的時鐘周期偏離不多于輸入信號的 時鐘周期的10%。由此，參考時鐘脈沖每次僅關(guān)于輸入時鐘脈沖偏移少量。這可以提供更精 細的時間分辨率。
[0020] 根據(jù)一個實施例，輸入信號的轉(zhuǎn)變在輸入信號處被檢測，特別地通過在延遲鏈的 輸入處檢測輸入信號的轉(zhuǎn)變。由此，輸入信號轉(zhuǎn)變的檢測與輸入信號值的檢測同步。
[0021] 根據(jù)另一實施例，輸入信號的轉(zhuǎn)變在輸出信號處被檢測，特別地通過在可調(diào)整延 遲元件的輸出處檢測輸入信號的轉(zhuǎn)變。輸入和輸出信號之間的關(guān)系是這樣的，轉(zhuǎn)變后跟著 輸入信號和輸出信號的電平或值的反轉(zhuǎn)（inversion)。
[0022] 在一個實施例中，根據(jù)等于輸入信號轉(zhuǎn)變與輸入和輸出值的反轉(zhuǎn)之間的時間的時 間周期來確定概率延遲值。
[0023] 具體地，可以根據(jù)等式D = T_ref * M/N計算概率延遲值D，其中以預(yù)定精確度計 算商并且其中T_ref是兩個連續(xù)的采樣時間之間的采樣周期，M是失配計數(shù)值并且N是轉(zhuǎn) 變計數(shù)值。
[0024] 根據(jù)本說明書，可能應(yīng)用各種準則來確定何時已經(jīng)達到足夠的精確度。根據(jù)一個 實施例，在其之后計算延遲值的積分間隔取決于預(yù)定數(shù)量的輸入信號轉(zhuǎn)變。根據(jù)另一實施 例，在其之后計算延遲值的積分間隔取決于預(yù)定數(shù)目的失配。根據(jù)又另一實施例，積分間隔 由預(yù)定積分時間限制。還可以組合這些準則。
[0025] 根據(jù)另外的實施例，基于在滑動時間窗口內(nèi)發(fā)生的信號失配和轉(zhuǎn)變來計算概率延 遲值。通過示例的方式，滑動時間窗口可以利用移位寄存器等通過讀入開始處的新值并且 丟棄隊列結(jié)尾處的舊值來實現(xiàn)。
[0026] 根據(jù)另外的實施例，該方法包括通過去激活或激活延遲鏈的組件根據(jù)概率延遲值 調(diào)整延遲。其中，要激活或去激活的組件的數(shù)目取決于延遲。具體地，數(shù)目可以與延遲成比 例。
[0027] 此外，本說明書公開了一種用于提供數(shù)字輸入信號的預(yù)定延遲的延遲生成器。延 遲生成器包括可調(diào)整延遲元件，諸如延遲鏈。可調(diào)整延遲元件包括用于接收輸入信號的信 號輸入和用于輸出經(jīng)延遲的輸出信號的信號輸出。
[0028] 提供參考時鐘以用于使輸入信號和輸出信號的采樣同步。例如以兩個1位采樣器 和XOR門或用于比較兩個數(shù)字輸入信號的其他電子組件的形式的信號比較單元被提供以 用于在預(yù)定采樣時間比較輸入信號與輸出信號并且用于對輸入信號和輸出信號之間的失 配的數(shù)目進行計數(shù)。信號比較單元的預(yù)定采樣時間由參考時鐘來提供。
[0029] 例如以用于數(shù)字信號的邊緣檢測器(諸如觸發(fā)器或其他電子組件）的形式的轉(zhuǎn)變 檢測單元被提供在輸入信號的信號路徑中。轉(zhuǎn)變檢測單元操作以檢測信號轉(zhuǎn)變并且對信號 轉(zhuǎn)變的數(shù)目進行計數(shù)。
[0030] 延遲估計單元連接到信號比較單元并且到轉(zhuǎn)變檢測單元。延遲估計單元被提供以 用于從信號比較單元接收失配的數(shù)目，用于從轉(zhuǎn)變檢測單元接收信號轉(zhuǎn)變的數(shù)目，以及用 于計算所估計的延遲。通過示例的方式，延遲估計單元可以由諸如算法邏輯單元（ALU)之 類的計算單元提供，包括諸如加法器和存儲寄存器之類的電子組件。
[0031] 也被稱為概率延遲值或延遲值的延遲估計單元的所估計的延遲與失配數(shù)目成比 例并且與轉(zhuǎn)變數(shù)目成反比例。
[0032] 延遲生成器還包括連接到延遲估計單元并且到可調(diào)整延遲元件的控制器。具體 地，延遲估計單元可以包括控制器。延遲生成器向可調(diào)整延遲元件提供控制信號，該控制信 號取決于所估計的延遲。
[0033] 在一個特定實施例中，可調(diào)整延遲元件的控制器操作