一種超低功耗且無(wú)亞穩(wěn)態(tài)的頻率數(shù)字轉(zhuǎn)換器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于頻率數(shù)字綜合器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種無(wú)亞穩(wěn)態(tài)的頻率數(shù)字轉(zhuǎn)換 器。
【背景技術(shù)】
[0002] 頻率數(shù)字轉(zhuǎn)換器是一種能夠?qū)㈩l率信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的電路，是全數(shù)字鎖相環(huán)中 的核也部件。但是，傳統(tǒng)的頻率數(shù)字轉(zhuǎn)換器存在較高功耗和亞穩(wěn)態(tài)問(wèn)題。高功耗來(lái)自于時(shí) 間數(shù)字轉(zhuǎn)換器中反相器鏈時(shí)時(shí)刻刻的高速信號(hào)W及同步器的高功耗。亞穩(wěn)態(tài)來(lái)自于同步器 中的高頻信號(hào)采樣低頻信號(hào)和時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器中的低頻信號(hào)采樣高頻信號(hào)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于提出一種超低功耗且無(wú)亞穩(wěn)態(tài)的頻率數(shù)字轉(zhuǎn)換器。
[0004] 本發(fā)明提出無(wú)亞穩(wěn)態(tài)的頻率數(shù)字轉(zhuǎn)換器，利用"口控時(shí)鐘"技術(shù)降低同步器的功 耗，利用"參考時(shí)鐘上升沿預(yù)測(cè)"技術(shù)降低時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的功耗；并提出防止時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn) 換器亞穩(wěn)態(tài)和同步器亞穩(wěn)態(tài)原則，和超低功耗同步器"校準(zhǔn)算法"。其架構(gòu)如圖1所示，它主 要包括：采用"思滬上升沿預(yù)測(cè)"技術(shù)的低功耗時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器及其歸一化模塊、采用口控 時(shí)鐘的低功耗同步器、高速計(jì)數(shù)器、采樣和校準(zhǔn)模塊，W及差分器。
[0005] 本發(fā)明中，采用"思滬上升沿預(yù)測(cè)"技術(shù)的低功耗時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)如圖2 (a) 所示，它主要包括：傳統(tǒng)時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器和做F上升沿預(yù)測(cè)模塊；傳統(tǒng)時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器包 含：反相器鏈、靈敏放大器D觸發(fā)器；傳統(tǒng)時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器可W在每個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期給出輸 入高頻信號(hào)Cf巧目位信息的小數(shù)部分；思滬上升沿預(yù)測(cè)模塊是用于預(yù)測(cè)參考時(shí)鐘思滬到來(lái) 的電路。
[0006] 當(dāng)高頻待測(cè)信號(hào)0^嘯^入時(shí)，每一個(gè)時(shí)鐘（0斯周期時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器將記錄OT 的相位信息的小數(shù)部分化k。，而高速計(jì)數(shù)器用于記錄CAT酌相位信息的整數(shù)部分/巧。t，該 兩部分組成完整的相位信息，再通過(guò)差分器將相位信息轉(zhuǎn)化成頻率信息化Fa;同步器使用 OT采樣《思巧I到統(tǒng)一的系統(tǒng)時(shí)鐘07?，供時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器，采樣、校準(zhǔn)模塊用于對(duì)OT酌 相位信息進(jìn)行采樣，并對(duì)采樣計(jì)數(shù)進(jìn)行校準(zhǔn)；計(jì)數(shù)器和差分器使用，W使得各個(gè)模塊擁有統(tǒng) 一的時(shí)鐘。
【附圖說(shuō)明】
[0007] 圖1超低功耗無(wú)亞穩(wěn)態(tài)頻率數(shù)字轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)圖。
[0008] 圖2超低功耗時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)圖。
[0009] 圖3 口控時(shí)鐘同步器。
[0010] 圖4 口控時(shí)鐘同步器誤采樣機(jī)理。
【具體實(shí)施方式】
[0011] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步具體描述本發(fā)明。
[0012] 通常情況下，傳統(tǒng)時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的反相器鏈上一直有高速信號(hào)，消耗大量功耗， 但實(shí)際上只需要在參考時(shí)鐘到來(lái)之前反向器鏈上有信號(hào)就行。于是，本發(fā)明采用一個(gè)能預(yù) 測(cè)參考時(shí)鐘思滬到來(lái)的電路。本發(fā)明采用的方式是延遲參考時(shí)鐘思巧得到參考時(shí)鐘延遲 信號(hào)做F化該時(shí)，如果將做7刮乍為參考時(shí)鐘，則可視做'/勸參考時(shí)鐘的預(yù)測(cè)信號(hào)。如圖2 (b)所示，做7雙與做7生成一個(gè)使能信號(hào)公化信號(hào)公tV在做7誕Ij來(lái)之前，使能反相器鏈，使 得OT信號(hào)進(jìn)入反相器鏈；在做7誕Ij來(lái)之后，關(guān)閉反相器鏈節(jié)省大量功耗。理論研究發(fā)現(xiàn)， 的時(shí)間長(zhǎng)度應(yīng)該至少大于一個(gè)OT信號(hào)的周期，該樣思滬厥f反相器鏈各點(diǎn)進(jìn)行采樣時(shí)， 才不會(huì)出現(xiàn)未知信號(hào)。一般而言，我們?nèi)間長(zhǎng)度為1.5被OT酌周期。
[0013] 本發(fā)明中，同步器是使得整個(gè)系統(tǒng)有一個(gè)統(tǒng)一的時(shí)鐘，一般采用OT采樣參考時(shí) 鐘做7巧，生成系統(tǒng)時(shí)鐘07?。一般而言，做7巧在幾十MHz,而紐唯幾細(xì)Z。傳統(tǒng)的多個(gè)D觸 發(fā)器串聯(lián)的同步器方案，會(huì)消耗大量功耗。圖3顯示了采用口控技術(shù)的同步器，由D觸發(fā)器 A、D觸發(fā)器B和或口組成，其中，D觸發(fā)器B是主采樣器，D觸發(fā)器A和或口構(gòu)成口控信號(hào) 生成器。做升沿到來(lái)后，D觸發(fā)器A和或口才會(huì)讓Cf贓入D觸發(fā)器B的時(shí)鐘端，此時(shí) Cf燒成對(duì)做'創(chuàng)的采樣，生成07?。完成采樣后，D觸發(fā)器A和或口將阻止Cf贓入D觸發(fā) 器B的時(shí)鐘端，用W節(jié)省功耗。該種同步器，不會(huì)有電路工作在幾GHz,所W能節(jié)省功耗。另 夕F，因?yàn)镺'樹(shù)?思況說(shuō)采樣是在思況；穩(wěn)定后才進(jìn)行的，所W該同步器不會(huì)有亞穩(wěn)態(tài)發(fā)生。
[0014] 但是，"口控時(shí)鐘"技術(shù)可能導(dǎo)致：07?并不是對(duì)齊下一個(gè)而是下下個(gè)如 圖4所示。該是由于D觸發(fā)器A和或口的延時(shí)導(dǎo)致了死區(qū)（dead zone)。于是，本發(fā)明設(shè) 置了一個(gè)采樣、校準(zhǔn)模塊，其中使用一個(gè)校準(zhǔn)算法，用于對(duì)采樣計(jì)數(shù)的校準(zhǔn)；具體校準(zhǔn)方法 如下： (1) 當(dāng)TDC的輸出e/j、于某一個(gè)闊值時(shí)，則判定為做城遠(yuǎn)離該時(shí)產(chǎn)生的07?會(huì) 對(duì)齊最近的OT上升沿，采樣正確，如圖4 (a); (2) 當(dāng)TDC的輸出e,大于某一個(gè)闊值時(shí)，則判定為做7胡自?？拷麮KV，該時(shí)產(chǎn)生的07? 會(huì)對(duì)齊下下個(gè)OT。因此，高速計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值會(huì)比正常值多1，因此，需要減掉該個(gè)1，如圖 4 (b)。
[0015] 為了解決TDC中低頻采樣高頻所造成的亞采樣，本發(fā)明中，泣TDC的D觸發(fā)器采用 具有更低建立時(shí)間的靈敏放大器型D觸發(fā)器;魯做7田對(duì)SAFF采樣后，07?會(huì)再采樣一次。 我們使掛踴勺上升沿遠(yuǎn)離做Fi^-定距離，即；讓54。。有更多的時(shí)間在07(到來(lái)之前產(chǎn)生正 確的數(shù)值。一般而言，OTt遠(yuǎn)離做'/巧8個(gè)OT酌周期時(shí)間即可。目P ;圖3中采用8個(gè)D觸 發(fā)器B串聯(lián)，如圖1中同步器電路。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種超低功耗且無(wú)亞穩(wěn)態(tài)的頻率數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于包括：采用"思滬上升沿 預(yù)測(cè)"技術(shù)的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器及其歸一化模塊、采用口控時(shí)鐘的同步器、高速計(jì)數(shù)器、采樣 和校準(zhǔn)模塊，W及差分器；其中： 所述采用"思巧上升沿預(yù)測(cè)"技術(shù)的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其結(jié)構(gòu)包括：傳統(tǒng)時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換 器和思滬上升沿預(yù)測(cè)模塊；傳統(tǒng)時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器包含；反相器鏈、靈敏放大器D觸發(fā)器；傳 統(tǒng)時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器用于在每個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期給出輸入高頻信號(hào)Cf巧目位信息的小數(shù)部分； 思滬上升沿預(yù)測(cè)模塊用于預(yù)測(cè)參考時(shí)鐘思滬到來(lái)的電路； 當(dāng)高頻待測(cè)信號(hào)〇^嘯^入時(shí)，每一個(gè)時(shí)鐘（〇斯周期，時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器將記錄〇飾勺相 位信息的小數(shù)部分化k。，高速計(jì)數(shù)器用于記錄CAT酌相位信息的整數(shù)部分/巧。t，該兩部分 組成完整的相位信息，再通過(guò)差分器將相位信息轉(zhuǎn)化成頻率信息化Ffb;同步器使用采 樣《思巧導(dǎo)到統(tǒng)一的系統(tǒng)時(shí)鐘07?，供時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器，采樣、校準(zhǔn)模塊用于對(duì)OT酌相位信 息進(jìn)行采樣，并對(duì)采樣計(jì)數(shù)進(jìn)行校準(zhǔn)；高速計(jì)數(shù)器和差分器使用，W使得各個(gè)模塊擁有統(tǒng)一 的時(shí)鐘。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的頻率數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述采用口控時(shí)鐘的同步器， 由D觸發(fā)器A、D觸發(fā)器B和或口組成，其中，D觸發(fā)器B是主采樣器，D觸發(fā)器A和或口構(gòu) 成口控信號(hào)生成器；思滬口上升沿到來(lái)后，D觸發(fā)器A和或口才會(huì)讓Cf贓入D觸發(fā)器B的時(shí) 鐘端，此時(shí)Cf燒成對(duì)做'創(chuàng)的采樣，生成07?，?完成采樣后，D觸發(fā)器A和或口阻止Cf贓入 D觸發(fā)器B的時(shí)鐘端，用W節(jié)省功耗。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的頻率數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述采樣、校準(zhǔn)模塊，其中使 用一個(gè)校準(zhǔn)算法，用于對(duì)采樣計(jì)數(shù)的校準(zhǔn)；具體校準(zhǔn)方法如下： (1) 當(dāng)TDC的輸出e/j、于某一個(gè)闊值時(shí)，則判定為做城遠(yuǎn)離該時(shí)產(chǎn)生的07?會(huì) 對(duì)齊最近的OT上升沿，采樣正確； (2) 當(dāng)TDC的輸出e,大于某一個(gè)闊值時(shí)，則判定為做7胡自?？拷麮KV，該時(shí)產(chǎn)生的07? 會(huì)對(duì)齊下下個(gè)or,高速計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值會(huì)比正常值多1，因此，減掉該個(gè)1。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明屬于頻率數(shù)字綜合器技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種超低功耗且無(wú)亞穩(wěn)態(tài)的頻率數(shù)字轉(zhuǎn)換器。其結(jié)構(gòu)包括：采用“REF上升沿預(yù)測(cè)”技術(shù)的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器及其歸一化模塊、采用門(mén)控時(shí)鐘的同步器、高速計(jì)數(shù)器、采樣和校準(zhǔn)模塊，以及差分器；本發(fā)明利用“門(mén)控時(shí)鐘”技術(shù)降低同步器的功耗，利用“參考時(shí)鐘上升沿預(yù)測(cè)”技術(shù)降低時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的功耗；并提出防止時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器亞穩(wěn)態(tài)和同步器亞穩(wěn)態(tài)原則，提出超低功耗同步器“校準(zhǔn)算法”，從而得到超低功耗且無(wú)亞穩(wěn)態(tài)的頻率數(shù)字轉(zhuǎn)換器。
【IPC分類(lèi)】H03L7-08
【公開(kāi)號(hào)】CN104639159
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510049433
【發(fā)明人】李巍, 胡詣?wù)?
【申請(qǐng)人】復(fù)旦大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年5月20日
【申請(qǐng)日】2015年1月31日