可重新配置的多路徑注頻鎖相振蕩器的制造方法
【專利說明】可重新配置的多路徑注頻鎖相振蕩器
[0001] 本發(fā)明要求于2013年10月3日由Euhan Chong遞交的發(fā)明名稱為"可重新配置 的多路徑注頻鎖相振蕩器"的第14/045, 052號美國專利申請案的在先申請優(yōu)先權(quán)，該在先 申請的內(nèi)容以引入的方式并入本文。
【背景技術(shù)】
[0002] 環(huán)形振蕩器可以包括多個延遲級或延遲單元，所述延遲級或延遲單元用于生成具 有工作頻率的自持的振蕩信號。注頻鎖相振蕩器（簡稱IL0)為一種可追蹤其工作頻率至 輸入?yún)⒖紩r鐘的環(huán)形振蕩器。ILO可以用于各種目的，例如，倍頻、頻率劃分以及時鐘生成。 ILO可能具有高輸入追蹤帶寬，這將有助于在提供低噪聲和多相位時鐘時排除偏置噪聲。數(shù) 字時鐘和數(shù)據(jù)恢復(fù)（簡稱CDR)設(shè)備中的相位旋轉(zhuǎn)器可能需要所述多相位時鐘，例如，用于 對接收到的數(shù)據(jù)進行取樣以及追蹤。
[0003] 現(xiàn)代設(shè)備中，為了適應(yīng)各種應(yīng)用程序，可以設(shè)計環(huán)形振蕩器以覆蓋寬頻率調(diào)節(jié)范 圍（例如，從2千兆赫（GHz)至7. 5GHz或更高）。設(shè)計這種環(huán)形振蕩器的一大挑戰(zhàn)在于： 使功率和占用面積最小化的同時，采用足夠的振幅和低相位噪聲來覆蓋寬頻率范圍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 在一實施例中，本發(fā)明揭示了一種環(huán)形振蕩器，包括三個或更多延遲單元，每個延 遲單元包括多條差分輸入引線和一條差分輸出引線，其中，每條差分輸入引線包括一個或 多個反相器；所述三個或更多延遲單元相互連接以形成多條循環(huán)路徑，每條循環(huán)路徑連接 每個延遲單元的差分輸出引線至其他延遲單元相應(yīng)的差分輸入引線，每條循環(huán)路徑提供由 每個延遲單元的相應(yīng)的差分輸入引線中的一些反相器確定的反相器強度；所述多條循環(huán)路 徑用于生成具有工作頻率的震蕩信號；通過數(shù)字化調(diào)整所述多條循環(huán)路徑中的一條或多條 中的一個或多個反相器強度，可以調(diào)整所述工作頻率。
[0005] 在另一實施例中，本發(fā)明揭示了一種環(huán)形振蕩器，包括多個延遲單元，每個延遲單 元包括主輸入引線、第二輸入引線以及輸出引線，其中，每個延遲單元的主輸入引線包括第 一組反相器片，每個延遲單元的第二輸入引線包括第二組反相器片，所述多個延遲單元相 互耦合以提供主路徑和第二路徑，其中，所述主路徑連接每個延遲單元的輸出引線至其他 延遲單元相應(yīng)的主輸入引線，所述第二路徑還連接每個耦合的延遲單元的輸出引線至其他 延遲單元相應(yīng)的第二輸入引線，所述主路徑和所述第二路徑用于生成具有工作頻率的振蕩 信號；數(shù)字控制器耦合于所述多個延遲單元并用于控制所述主路徑中的第一反相器強度和 所述第二路徑中的第二反相器強度，所述第一組和第二組反相器片分別確定所述第一和第 二反相器強度；控制第一和第二反相器強度中的至少一個會調(diào)整所述工作頻率。
[0006] 在又一實施例中，本發(fā)明揭示一種由包括三個或更多延遲單元和延遲單元之間連 接形成的多條路徑的環(huán)形振蕩器執(zhí)行的方法，所述方法包括：生成具有工作頻率和振幅的 振蕩信號，通過數(shù)字化控制多條路徑中的至少一個的至少一個反相器強度校準(zhǔn)所述振蕩信 號，其中，控制至少一個反相器強度會調(diào)整所述工作頻率，或所述振幅，或二者。
[0007] 通過以下結(jié)合附圖和權(quán)利要求的詳細描述，這些以及其他特征將會被清楚的理 解。
【附圖說明】
[0008] 為了更透徹地理解本發(fā)明，現(xiàn)參閱結(jié)合附圖和【具體實施方式】而描述的以下簡要說 明，其中的相同參考標(biāo)號表不相同部分。
[0009] 圖1為一種環(huán)形振蕩器的實施例的示意圖；
[0010] 圖2為一種環(huán)形振蕩器的實施例的更詳細的示意圖；
[0011] 圖3為一種延遲單元的實施例的示意圖；
[0012] 圖4為一種可能為延遲單元中一部分的數(shù)字控制電路的實施例的更詳細的示意 圖；
[0013] 圖5A和5B為所揭示的環(huán)形振蕩器的測量結(jié)果圖；
[0014] 圖6A和6B為所揭示的實施例和傳統(tǒng)方法獲得的結(jié)果比較圖；
[0015] 圖7為一種注頻鎖相振湯器（fg]稱IL0)的實施例的不意圖；
[0016] 圖8為一種校準(zhǔn)方法的實施例的流程圖；
[0017] 圖9為另一種方法的實施例的流程圖。
【具體實施方式】
[0018] 首先應(yīng)理解，盡管下文提供一項或多項實施例的說明性實施方案，但所公開的系 統(tǒng)和/或方法可使用任何數(shù)目的技術(shù)來實施，無論該技術(shù)是當(dāng)前已知還是現(xiàn)有的。本發(fā)明 決不應(yīng)限于下文所說明的說明性實施方案、附圖和技術(shù)，包括本文所說明并描述的示例性 設(shè)計和實施方案，而是可在所附權(quán)利要求書的范圍以及其等效物的完整范圍內(nèi)修改。
[0019] 傳統(tǒng)的環(huán)形振蕩器中，可以通過調(diào)整負(fù)載電容或接通以及斷開每個延遲單元中的 一組負(fù)載電容來實現(xiàn)粗頻率調(diào)節(jié)。例如，為實現(xiàn)具有足夠振幅的指定的工作頻率，將會接通 更多負(fù)載電容來使振蕩器減速。這種調(diào)節(jié)方法可能導(dǎo)致潛在的問題。例如，為適應(yīng)較寬的 頻率調(diào)節(jié)范圍，環(huán)形振蕩器可能需要有較大組的負(fù)載電容。進一步地，由于所述電容組的長 匹配的路由以及由于電容組本身，負(fù)載電容組可以將寄生負(fù)載加入至所述環(huán)形振蕩器，這 將降低所述環(huán)形振蕩器的最大速度。另外，與所述環(huán)形振蕩器的其他部件，例如反相器和開 關(guān)相比，所述電容組可能占用較大的面積。
[0020] 本發(fā)明闡述了可重新配置數(shù)字控制位元的多路徑環(huán)形振蕩器的實施例。所述多路 徑環(huán)形振蕩器可以包括三個或更多延遲單元，以及耦合于所述延遲單元的處理器（例如， 數(shù)字控制器）。所述延遲單元之間的連接可以形成多條循環(huán)路徑，包括主路徑和至少一條輔 路徑。每條輔路徑可以為前饋路徑，用于降低每個延遲單元的相位延遲，從而加速所述環(huán)形 振蕩器。如果需要，一條或多條輔路徑可以為三態(tài)的或關(guān)閉的，例如，將所述環(huán)形振蕩器轉(zhuǎn) 換成單一的前向路徑環(huán)形振蕩器。每條路徑可以有每個延遲單元中實現(xiàn)的一些反相器或反 相器片，這些在路徑中接通的反相器可以確定所述路徑的反相器強度，這反過來會影響振 蕩頻率。另外，所述耦合于所述延遲單元的處理器可以生成數(shù)字控制信號（例如，具有多個 位元的二進制代碼），從而控制每條路徑中反相器的開啟和關(guān)閉。通過調(diào)整每條路徑中的 反相器強度，所述處理器可以調(diào)節(jié)所述工作頻率，所述振幅，或二者。在一實施例中，降低一 條或多條路徑中的反相器強度會導(dǎo)致頻率的降低，同時會導(dǎo)致振蕩振幅的增加（假設(shè)具有 恒定的源電流）。因此，對于較低的頻率，提供相同的振蕩振幅可能需要更少的源電流。因 此，所述揭示的環(huán)形振蕩器可以協(xié)助節(jié)約功率并減少占用面積。
[0021] 圖1為環(huán)形振蕩器100的實施例的示意圖。為了便于說明，示出的所述反相器100 包括四個延遲單元（或延遲級）：102、104、106和108。需要理解的是，此處揭示的環(huán)形振 蕩器可以包括N個延遲單元，其中，N為大于2的任意整數(shù)?？梢耘渲盟鏊膫€延遲單元 102-108以生成八個等距的輸出相位，每個相位由360/8 = 45度隔開。可以將所述八個相 位信號記為ILO時鐘〈3:0>和ILO時鐘〈7:4>。需要說明的是，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以 容易理解附圖中的一些符號。
[0022] 在一實施例中，輸入時鐘可以確定環(huán)形振蕩器100的工作頻率。所述輸入時鐘可 以是高速時鐘，所述高速時鐘為具有正端（記為HS clkp)和負(fù)端（記為HS clkm)的差分 信號?？梢詫⑺龈咚贂r鐘緩存并注入所述環(huán)形振蕩器100中的多個差分節(jié)點中的任何一 個。例如，如圖1所示，可以在延遲單元104的差分輸入注入所述高速時鐘。當(dāng)所述環(huán)形振 蕩器100鎖定輸入的高速時鐘，將所述環(huán)形振蕩器視為注入鎖相的并因此稱作IL0。
[0023] 所述環(huán)形振蕩器100可能具有粗調(diào)和微調(diào)能力，使頻率集中到所述高速輸入時 鐘?？捎猛ㄟ^數(shù)字化控制ILO粗代碼實現(xiàn)粗調(diào)，而可以通過調(diào)整數(shù)模轉(zhuǎn)換器電流（簡稱 IDAC)實現(xiàn)微調(diào)，這可以由ILO微代碼控制。下面進一步對環(huán)形振蕩器的工作原理進行說 明。
[0024] 圖2為環(huán)形振蕩器200的