具有嵌入的t2v adc的混合信號(hào)tdc的制作方法
【專利說(shuō)明】
【背景技術(shù)】
[0001]本公開(kāi)涉及電子電路，尤其涉及時(shí)間-數(shù)字轉(zhuǎn)換器。
[0002]時(shí)間-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(TDC)是將兩個(gè)信號(hào)的跳變時(shí)間(transit1n time)之間的差轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的電子電路，該數(shù)字信號(hào)的值與這一定時(shí)差成比例。時(shí)間-數(shù)字轉(zhuǎn)換器可被用于鎖相環(huán)中用以將參考時(shí)鐘信號(hào)和振蕩信號(hào)的跳變時(shí)間之間的差轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，以便將振蕩信號(hào)的相位鎖定到時(shí)鐘信號(hào)的相位。
[0003]簡(jiǎn)要概述
[0004]時(shí)間-數(shù)字轉(zhuǎn)換器將參考時(shí)鐘信號(hào)和振蕩信號(hào)的跳變時(shí)間之間的差轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，該數(shù)字信號(hào)的值與這一跳變定時(shí)差成比例的。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，時(shí)間-數(shù)字轉(zhuǎn)換器包括邊沿檢測(cè)器、時(shí)間一電壓轉(zhuǎn)換器、以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
[0005]邊沿檢測(cè)器被適配成檢測(cè)參考時(shí)鐘信號(hào)的每個(gè)周期期間振蕩信號(hào)的最靠近參考時(shí)鐘信號(hào)的邊沿的邊沿(跳變)。時(shí)間一電壓轉(zhuǎn)換器被適配成生成模擬信號(hào)，該模擬信號(hào)的值與振蕩信號(hào)的檢測(cè)到的邊沿和參考時(shí)鐘信號(hào)的邊沿的出現(xiàn)之間的差成比例。模數(shù)轉(zhuǎn)換器被適配成將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。
[0006]在一個(gè)實(shí)施例中，時(shí)間一數(shù)字轉(zhuǎn)換器具有第一和第二差分輸出，它們響應(yīng)于重置信號(hào)被充電至預(yù)定電壓電平。之后，取決于振蕩信號(hào)的檢測(cè)到的邊沿和參考時(shí)鐘信號(hào)的邊沿的相對(duì)抵達(dá)時(shí)間，使得差分輸出中的一個(gè)差分輸出能夠被充電至更高電壓(或放電至較低電壓)，而另一差分輸出維持在相同的預(yù)定電壓電平。兩個(gè)邊沿的抵達(dá)時(shí)間之間的時(shí)間段越長(zhǎng)，電壓增加(或降低)的量就越大。為此，如果參考時(shí)鐘信號(hào)的邊沿領(lǐng)先振蕩信號(hào)的檢測(cè)到的邊沿，則經(jīng)由第一和第二晶體管在第一差分輸出和第一供電電壓之間形成導(dǎo)電路徑。相反，如果參考時(shí)鐘信號(hào)的邊沿滯后于振蕩信號(hào)的檢測(cè)到的邊沿，則經(jīng)由第三和第四晶體管在第二差分輸出和第一供電電壓之間形成導(dǎo)電路徑。
[0007]在一個(gè)實(shí)施例中，時(shí)間一數(shù)字轉(zhuǎn)換器的第一差分輸出經(jīng)由第五晶體管充電至預(yù)定電壓電平，并且時(shí)間一數(shù)字轉(zhuǎn)換器的第二差分輸出經(jīng)由第六晶體管充電至預(yù)定電壓電平。預(yù)定電壓電平可以是第二供電電壓。
[0008]在一個(gè)實(shí)施例中，所述第五和第六晶體管是NMOS晶體管，并且其中所述第二供電電壓小于所述第一供電電壓。在一個(gè)實(shí)施例中，時(shí)間一數(shù)字轉(zhuǎn)換器進(jìn)一步部分地包括第一和第二電容器群。所述第一電容器群中的每一個(gè)電容器被適配成響應(yīng)于第一控制信號(hào)群中的不同控制信號(hào)而被耦合在所述第一差分輸出和所述第二供電電壓之間。類似地，所述第二電容器群中的每一個(gè)電容器被適配成響應(yīng)于第二控制信號(hào)群中的不同控制信號(hào)而被耦合在所述第二差分輸出和所述第二供電電壓之間。
[0009]在一個(gè)實(shí)施例中，模數(shù)轉(zhuǎn)換器是逐次逼近寄存器(SAR)模數(shù)轉(zhuǎn)換器。在這類實(shí)施例中，第一和第二電容器群被用于為SAR模數(shù)轉(zhuǎn)換器執(zhí)行采樣和保持操作。在這類實(shí)施例中，SAR模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)一步包括適配成生成第一和第二控制信號(hào)群的控制邏輯。
[0010]在一個(gè)實(shí)施例中，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)一步包括比較器，所述比較器適配成比較所述時(shí)間一電壓轉(zhuǎn)換器的所述第一和第二差分輸出的電壓，并將比較信號(hào)供應(yīng)給所述控制邏輯。所述控制邏輯生成所述時(shí)間一電壓轉(zhuǎn)換器的輸出信號(hào)。
[0011 ] 在一個(gè)實(shí)施例中，邊沿檢測(cè)器包括緩沖器群和可變電容器。通過(guò)改變所述可變電容器中的一個(gè)或多個(gè)可變電容器的電容，跨緩沖器的子集中的每一個(gè)緩沖器的延遲被調(diào)整成基本等于振蕩信號(hào)的周期的預(yù)定分?jǐn)?shù)。邊沿檢測(cè)器進(jìn)一步包括觸發(fā)器群，所述觸發(fā)器群的各時(shí)鐘端接收數(shù)個(gè)緩沖器的輸出信號(hào)。
[0012]一種用于將參考時(shí)鐘信號(hào)和振蕩信號(hào)的跳變時(shí)間之間的差轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的方法，該方法包括，在所述參考時(shí)鐘信號(hào)的每個(gè)周期期間，檢測(cè)所述振蕩信號(hào)的在時(shí)間上最接近于所述參考時(shí)鐘信號(hào)的跳變的跳變，將第一和第二差分輸出充電至第一供電電壓，響應(yīng)于所述第一時(shí)段期間所述參考時(shí)鐘信號(hào)的跳變，在所述第一差分輸出和第二供電電壓之間形成第一導(dǎo)電路徑，響應(yīng)于與所述第一時(shí)段不重疊的所述第二時(shí)段期間所述振蕩信號(hào)的檢測(cè)到的邊沿，在所述第二差分輸出和所述第二供電電壓之間形成第二導(dǎo)電路徑，生成與這些跳變時(shí)間之間的差成比例的模擬信號(hào)，以及將所述模擬信號(hào)數(shù)字化。
[0013]一種數(shù)字控制鎖定環(huán)路，部分地包括鑒相器、環(huán)路濾波器、數(shù)控振蕩器、以及時(shí)間一數(shù)字轉(zhuǎn)換器。鑒相器被適配成檢測(cè)參考信號(hào)的相位和環(huán)路信號(hào)的相位之間的差以生成相位誤差信號(hào)。環(huán)路濾波器被適配成濾除來(lái)自相位誤差信號(hào)中的噪聲的高頻分量。數(shù)控振蕩器被適配成響應(yīng)于經(jīng)濾波的相位誤差信號(hào)生成振蕩信號(hào)。時(shí)間-數(shù)字轉(zhuǎn)換器將參考時(shí)鐘信號(hào)和振蕩信號(hào)的跳變時(shí)間之間的差轉(zhuǎn)換成表示環(huán)路信號(hào)的數(shù)字信號(hào)。
[0014]附圖簡(jiǎn)述
[0015]藉由示例解說(shuō)了本公開(kāi)的各方面。在附圖中，類似的參考標(biāo)號(hào)指示類似元件，并且:
[0016]圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例的時(shí)間一數(shù)字轉(zhuǎn)換器的框圖。
[0017]圖2A是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例的時(shí)間一數(shù)字轉(zhuǎn)換器的示意圖。
[0018]圖2B是與圖2A的時(shí)間一電壓轉(zhuǎn)換器相關(guān)聯(lián)的數(shù)個(gè)信號(hào)的時(shí)序圖。
[0019]圖3是根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實(shí)施例的圖1的時(shí)間一電壓轉(zhuǎn)換器的示意圖。
[0020]圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例的圖1的時(shí)間一電壓轉(zhuǎn)換器的示意圖。
[0021]圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例的圖1的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的簡(jiǎn)化框圖。
[0022]圖6A是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例的設(shè)置在圖1的邊沿檢測(cè)器中的可調(diào)整延遲鏈的示意圖。
[0023]圖6B是與圖6A的可調(diào)整延遲鏈相關(guān)聯(lián)的數(shù)個(gè)信號(hào)的時(shí)序圖。
[0024]圖7A是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例的設(shè)置在圖1的邊沿檢測(cè)器中的邏輯電路的不意圖。
[0025]圖7B和7C是與圖6A的邏輯電路相關(guān)聯(lián)的數(shù)個(gè)信號(hào)的時(shí)序圖。
[0026]圖8是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例的實(shí)施時(shí)間一數(shù)字轉(zhuǎn)換器的數(shù)字鎖相環(huán)的框圖。
[0027]圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的將一對(duì)信號(hào)的跳變時(shí)間之間的差轉(zhuǎn)換成數(shù)字電壓的流程圖。
[0028]詳細(xì)描述
[0029]現(xiàn)在將關(guān)于附圖來(lái)描述若干解說(shuō)性實(shí)施例，這些附圖形成本文的一部分。盡管以下描述了其中可實(shí)現(xiàn)本公開(kāi)的一個(gè)或多個(gè)方面的特定實(shí)施例，但可以使用其它實(shí)施例并且可作出各種修改而不會(huì)脫離本公開(kāi)的范圍。
[0030]圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例的時(shí)間一數(shù)字轉(zhuǎn)換器(TDC)50的框圖。TDC 50被示為部分地包括邊沿檢測(cè)器100、時(shí)間一電壓轉(zhuǎn)換器(T2V) 150、以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)300 ο
[0031]邊沿檢測(cè)器100被適配為接收振蕩信號(hào)DCO 10，以及具有比信號(hào)DCO 10更長(zhǎng)時(shí)間周期的參考時(shí)鐘信號(hào)FREF 12。因此，在信號(hào)FREF 12的每個(gè)周期期間，在信號(hào)DCO 10上出現(xiàn)多次跳變(邊沿)。在一個(gè)實(shí)施例中，在信號(hào)FREF 12的每個(gè)周期期間，邊沿檢測(cè)器100濾除所有DCO 10的信號(hào)邊沿，除了在該周期中在時(shí)間上最靠近信號(hào)FREF 12上升沿(或下降沿)的那個(gè)DCO 10上升沿(或下降沿)。被檢測(cè)為在時(shí)間上最靠近信號(hào)FREF 12的上升沿(或下降沿)的DCO 10信號(hào)邊沿被作為輸出信號(hào)CKV 14來(lái)供應(yīng)。信號(hào)FREF 12的對(duì)應(yīng)邊沿由邊沿檢測(cè)器100作為輸出信號(hào)REF 16來(lái)供應(yīng)。在另一實(shí)施例中，在信號(hào)FREF 12的每個(gè)周期期間，邊沿檢測(cè)器100可檢測(cè)第二靠近FREF 12信號(hào)邊沿的DCO 10邊沿。在又一其它實(shí)施例中，在每個(gè)周期期間，邊沿檢測(cè)器100檢測(cè)滿足與FREF 12邊沿的預(yù)定關(guān)系的DCO 10邊沿。在所有這些實(shí)施例中，檢測(cè)到的DCO 10邊沿被作為輸出信號(hào)CKV 14來(lái)供應(yīng)。
[0032]T2V轉(zhuǎn)換器150被適配成生成與信號(hào)CKV 14和REF 16的跳變時(shí)間(邊沿)的差成比例的電壓。因此，信號(hào)CKV 14和REF 16的跳變之間的時(shí)間差(延遲)越長(zhǎng)，跨T2V轉(zhuǎn)換器150的輸出節(jié)點(diǎn)OUT 18和0UT_B 20生成的差分電壓就越大。信號(hào)RESET (重置)26被用于對(duì)輸出節(jié)點(diǎn)OUT 18和0UT_B 20的電壓充電至預(yù)定電壓電平，如以下進(jìn)一步描述的。ADC 300被適配成將其從輸出節(jié)點(diǎn)OUT 18、0UT_B 20接收的差分電壓轉(zhuǎn)換成一對(duì)差分N位數(shù)字信號(hào)B[1:N]22和BB[1:N]24。ADC 300可以是逐次逼近寄存器(SAR)ADC0
[0033]圖2A是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示例性實(shí)施例的其中設(shè)置了 T2V轉(zhuǎn)換器200的TDC 75的示意圖。T2V 200 (其是圖1的T2V 150的一個(gè)實(shí)施例)被示為包括晶體管202、204、206、212、214、216、電容器220、222、以及反相器208和218。圖2B是與圖2A的T2V轉(zhuǎn)換器200相關(guān)聯(lián)的數(shù)個(gè)信號(hào)的時(shí)序圖。
[0034]同時(shí)參考圖2A和2B，信號(hào)RESET 26分別經(jīng)由PMOS晶體管202和212將輸出節(jié)點(diǎn)OUT 18和0UT_B 20重置為供電電壓VDD。電容器220、222保留存儲(chǔ)在節(jié)點(diǎn)OUT 18、0UT_B 20處的電荷。在圖2B中，在時(shí)段(TO-Tl)期間，信號(hào)RESET 26被示為低，從而致使節(jié)點(diǎn)OUT 18和0UT_B 20被重置為供電電壓VDD。
[0035]如果信號(hào)REF 16的上升沿在信號(hào)CKV 14的對(duì)應(yīng)上升沿之前抵達(dá)，則晶體管214和206導(dǎo)通，從而提供從節(jié)點(diǎn)0UT_B 20到接地的導(dǎo)電路徑，而節(jié)點(diǎn)OUT 18處的電壓維持在供電電壓VDD。在圖2B中，信號(hào)REF 16的上升沿252出現(xiàn)在時(shí)間Tl，并且信號(hào)CKV 14的上升沿出現(xiàn)在時(shí)間T2。因?yàn)門l先于T2出現(xiàn)，在時(shí)段(T2-T1)期間，節(jié)點(diǎn)0UT_B 20被經(jīng)由晶體管214和206從其高電壓電平VDD放電至較低的電壓電平VI。然而，因?yàn)樵跁r(shí)段(T2 —Tl)期間晶體管204維持?jǐn)嚅_(kāi)，因此節(jié)點(diǎn)OUT 18維持在VDD。節(jié)點(diǎn)0UT_B 20的電壓電平從VDD到Vl的壓降取決于時(shí)段(T2-T1)。換言之，信號(hào)REF和CKV的對(duì)應(yīng)邊沿的抵達(dá)之間的延遲越長(zhǎng)，節(jié)點(diǎn)0UT_B的電壓電平的壓降就越大。
[0036]類似地，如果信號(hào)REF 16