一種基于欠采樣技術(shù)鎖相環(huán)長周期抖動片上測量電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于欠采樣技術(shù)鎖相環(huán)長周期抖動片上測量電路，包括欠采樣實現(xiàn)電路，控制電路，移位寄存器A、移位寄存器B和CDF合成電路，同時本實用新型還提出了基于周期對齊欠采樣后處理技術(shù)，該技術(shù)可以用于測量鎖相環(huán)長周期抖動。本實用新型提出的鎖相環(huán)長周期抖動片上測量電路具有測量精度高，實現(xiàn)方法簡單等優(yōu)點，并彌補(bǔ)了現(xiàn)有基于欠采樣技術(shù)抖動測量電路無法測量長周期抖動的缺點。
【專利說明】一種基于欠采樣技術(shù)鎖相環(huán)長周期抖動片上測量電路

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種基于欠采樣技術(shù)鎖相環(huán)長周期抖動片上測量電路，屬于鎖相環(huán)片上抖動測量領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]鎖相環(huán)作為時鐘電路重要組成部分，已經(jīng)成為超大規(guī)模集成電路(VLSI)中不可缺少的知識產(chǎn)權(quán)模塊。時鐘抖動是鎖相環(huán)的重要參數(shù)之一，時鐘抖動值必須在設(shè)計范圍之內(nèi)，否則會導(dǎo)致系統(tǒng)性能降低等一系列問題，因此無論在設(shè)計階段還是在量產(chǎn)測試階段鎖相環(huán)抖動測試顯得越來越重要。傳統(tǒng)鎖相環(huán)抖動測試采用片外接測試設(shè)備的方法，然而隨著時鐘頻率提高，傳統(tǒng)的片外測試抖動方法不僅測試價格昂貴，測試時間長，而且測試精度也無法得到保證，已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代測試需求。為降低測試費(fèi)用、簡化測試流程、提高測量精度，基于內(nèi)建自測試的鎖相環(huán)片上抖動測試技術(shù)(BIJM)逐漸被引入到鎖相環(huán)抖動測試應(yīng)用領(lǐng)域中。
[0003]常見的BIJM方法有游標(biāo)延時鏈(Vernier delay line, VDL)、游標(biāo)振蕩器(Vernieroscillator, VRO)、欠采樣等?；赩DL電路采用延時鎖定環(huán)(Delay-Locked Loop,DLL)穩(wěn)定分辨率的時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器(Time-digital converter, TDC)結(jié)構(gòu)，該方法測量分辨率較高，但存在芯片面積消耗大、對延時單元線性匹配度要求高等缺點?；赩RO結(jié)構(gòu)的自參考抖動測量電路，利用兩個環(huán)形振蕩器之間的頻率差量化待測信號的抖動，可以減小電路面積開銷，消除對理想?yún)⒖紩r鐘的依賴，但環(huán)形振蕩器自身輸出會受到電源噪聲等非理想因素影響而引入抖動，易造成測量結(jié)果存在誤差。傳統(tǒng)基于欠采樣的片上抖動測量方法測量分辨率高，全數(shù)字實現(xiàn)，結(jié)構(gòu)簡單，可移植性強(qiáng)，測量結(jié)果受工藝偏差影響小且無需校準(zhǔn)，但抖動測量成分較為單一，未考慮鎖相環(huán)長周期抖動測量。
實用新型內(nèi)容
[0004]實用新型目的:為克服現(xiàn)有基于欠采樣抖動測量技術(shù)無法測量長周期抖動的缺點不足，本實用新型的目的在于設(shè)計一種基于欠采樣技術(shù)鎖相環(huán)長周期抖動片上測量電路，實現(xiàn)了對鎖相環(huán)高頻輸出信號的長周期抖動測量。
[0005]技術(shù)方案:為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用如下技術(shù)方案:
[0006]一種基于欠采樣技術(shù)鎖相環(huán)長周期抖動片上測量電路，包括欠采樣實現(xiàn)電路、控制電路、移位寄存器A、二選一 MUX、移位寄存器B和CDF合成電路；
[0007]鎖相環(huán)輸出信號和米樣信號接入至欠米樣實現(xiàn)電路中，米樣信號同時為系統(tǒng)時鐘，由欠采樣實現(xiàn)電路輸出的信號分別接入控制電路、移位寄存器A和二選一 MUX ；
[0008]控制電路的輸出信號Select為二選一MUX的選通信號，控制電路的輸出信號OTF_en_a和CDF_en_b分別接入移位寄存器A和移位寄存器B，分別作為移位寄存器A和移位寄存器B輸出信號Shift_a和Shift_b的觸發(fā)控制信號；
[0009]二選一 MUX的輸出信號接入至移位寄存器B中，移位寄存器A和移位寄存器B中的每一位都接入⑶F合成電路，⑶F合成電路的測量輸出結(jié)果通過信號Shift_out輸出。
[0010]上述鎖相環(huán)輸出信號指被測信號。
[0011]本申請在不破壞鎖相環(huán)閉環(huán)回路的基礎(chǔ)上，將鎖相環(huán)輸出信號接入欠采樣電路中，欠采樣輸出信號通過基于欠采樣技術(shù)長周期抖動測量電路進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并生成累計分布函數(shù)圖。
[0012]上述移位寄存器A和移位寄存器B的位數(shù)相等，且均可以覆蓋欠采樣實現(xiàn)電路的輸出信號邊沿與理想輸出信號邊沿之間出現(xiàn)的最大偏差。
[0013]移位寄存器A和移位寄存器B中的每個觸發(fā)器的輸出端都接入CDF合成電路。
[0014]上述基于欠采樣技術(shù)鎖相環(huán)長周期抖動片上測量電路，通過周期對齊欠采樣后處理技術(shù)得到被測信號長周期抖動。周期對齊欠采樣后處理具體如下:被測信號中的抖動，在欠采樣實現(xiàn)電路輸出的信號中會產(chǎn)生不穩(wěn)定跳變位；同時由于長周期抖動的影響，此時信號與無抖動信號相比會有偏差；將信號邊沿區(qū)域按照其周期對齊后，在邊沿區(qū)域內(nèi)測量出信號與理想信號之間的偏移，即抖動。
[0015]上述方法即為周期對齊方法。將周期對齊處理后的邊沿區(qū)域累加，可以得到長周期抖動的⑶F，通過分析⑶F，可以得到抖動的均方根值。
[0016]實現(xiàn)周期對齊的方法為:假設(shè)周期內(nèi)包括(2P+N)個采樣時鐘周期，當(dāng)采樣輸出信號第一個周期內(nèi)第一個“0-1”跳變點出現(xiàn)時，記為時刻，將其接入移位寄存器B，由移位寄存器B記錄信號在第一個周期內(nèi)所有的不穩(wěn)定位；當(dāng)移位寄存器B記錄位數(shù)滿移位寄存器B的P位后，⑶F合成電路使能信號raF_en_a和raF_en_b置為“1”，在下個周期置為“0”，并開始對周期數(shù)值計數(shù)，當(dāng)計數(shù)滿N周期時，信號接入移位寄存器A并記錄之后2P位邏輯值，當(dāng)記錄滿2P位后，raF_en_a和raF_en_b置為“I”并開始記錄周期數(shù)……如此循環(huán)往復(fù)。
[0017]本實用新型未提及的技術(shù)均為現(xiàn)有技術(shù)。
[0018]有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的優(yōu)點在于:針對原有基于欠采樣抖動測量技術(shù)無法測量長周期抖動的缺點，通過采用周期對齊欠采樣后處理技術(shù)，實現(xiàn)了長周期抖動的測量具有測量精度高，實現(xiàn)方法簡單等優(yōu)點，擴(kuò)展了該欠采樣抖動測量技術(shù)的測量應(yīng)用場合。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本申請欠采樣實現(xiàn)電路結(jié)構(gòu)；
[0020]圖2為本申請欠采樣過程示意圖；
[0021]圖3為本申請基于欠采樣技術(shù)鎖相環(huán)長周期抖動片上測量電路電路的整體框圖；
[0022]圖4為本申請周期對齊采樣后處理示意圖；
[0023]圖5為本申請周期對齊采樣后處理流程圖；
[0024]圖6為本申請周期對齊欠采樣后處理技術(shù)處理效果圖；
[0025]圖7為本申請⑶F合成示意圖。

【具體實施方式】
[0026]為了更好地理解本實用新型，下面結(jié)合實施例進(jìn)一步闡明本實用新型的內(nèi)容，但本實用新型的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實施例。
[0027]圖1描述了欠采樣實現(xiàn)電路110結(jié)構(gòu)，欠采樣電路110可以由一組觸發(fā)器串聯(lián)實現(xiàn)。其中寄存器101的輸出端Q接入寄存器102的輸入端D，寄存器102的輸出端Q接入寄存器103的輸入端D,寄存器103的輸出端Q為米樣輸出信號Q—。
[0028]圖2描述了欠采樣過程，采樣信號Fs的頻率為fs，鎖相環(huán)輸出的被測信號Fd的頻率為fd，采樣信號Fs和被測信號Fd之間有微小的頻率差。如果采樣時鐘的周期比被測信號周期大At，那么采樣信號在當(dāng)前周期的采樣位會比上一個周期落后At，即采樣位會依次增加At，其中At為采樣分辨率。
[0029]在被測信號沒有抖動的情況下，鎖相環(huán)的輸出信號Fd的周期為Td，采樣信號的周期為Ts，欠采樣輸出信號Qtjut的周期Tq可以表示為式⑴:
Td
[0030]T0 = 7 +: Ts
vM(O
[0031]欠米樣觸發(fā)器輸出信號(混疊信號)保留了信號Fd的波形,但由于信號Fd被信號Fs欠采樣，因此與遵循傳統(tǒng)采樣定理的采樣輸出信號相比，經(jīng)過欠采樣得到的信號頻率比原信號Fd低很多，這樣可以通過低頻的數(shù)字或模擬電路分析信號的時序參數(shù)，從而可以在較低成本的情況下，大幅度地提高測量精度。當(dāng)被測信號存在抖動時，Qout信號中在穩(wěn)定“O”和穩(wěn)定“ I”之間會存在的跳變位，本實用新型將這段區(qū)域定義為跳變過渡區(qū),如圖2所示。
[0032]基于欠采樣技術(shù)鎖相環(huán)長周期抖動片上測量電路300如圖3所示。測量電路由欠采樣實現(xiàn)電路301控制電路302、移位寄存器A303、移位寄存器B304、CDF合成電路305組成。被測信號Fd和采樣信號Fs接入至欠采樣實現(xiàn)電路中，采樣信號Fs同時為系統(tǒng)時鐘。欠采樣輸出信號Qwt分別接入控制電路302、移位寄存器A303和二選一 MUX306。控制電路302的輸出信號Select為二選一 MUX306的選通信號?？刂齐娐?02的輸出信號raF_en_a和CDF_en_b分別接入移位寄存器A303和移位寄存器B304，作為移位寄存器A和移位寄存器B輸出信號Shift_a和Shift_b的觸發(fā)控制信號。二選一 MUX306的輸出信號接入至移位寄存器B中，移位寄存器A303和移位寄存器B304中的每一位都接入⑶F合成電路305，測量輸出結(jié)果通過信號Shift_out輸出。
[0033]基于欠采樣技術(shù)鎖相環(huán)長周期抖動片上測量電路300采用周期對齊采樣后處理技術(shù)。周期對齊采樣后處理技術(shù)原理如圖4所示。在理想情況下，被測信號不存在抖動，將采樣得到的Qout理想信號(信號可以由穩(wěn)定“O”單調(diào)跳變至穩(wěn)定“1”，中間無不穩(wěn)定位跳變)中每個周期的上升沿對齊，通過多周期的累加可以得到CDF圖。實際情況下，被測信號存在抖動，在Qwt信號中會產(chǎn)生不穩(wěn)定跳變位；同時由于長周期抖動的影響，此時采樣得到的Qtjut信號與理想信號相比會有偏差。將Qwt信號邊沿區(qū)域按照其周期Tq對齊后，在邊沿區(qū)域內(nèi)測量出Qtjut信號與理想信號之間的偏移，即抖動。將周期對齊處理后的邊沿區(qū)域累力口，可以得到長周期抖動的⑶F，通過分析⑶F，可以得到抖動的均方根值。
[0034]移位寄存器A303和移位寄存器B304的位數(shù)相等(P位)且均可以覆蓋Qtjut信號邊沿與理想信號邊沿之間可能出現(xiàn)的最大偏差。每組寄存器內(nèi)，每個觸發(fā)器的輸出端都接入⑶F合成電路305。
[0035]實現(xiàn)周期對齊的算法流程圖如圖5所示。假設(shè)Qtjut周期內(nèi)包括(2P+N)個采樣時鐘周期，當(dāng)采樣輸出信號Qrat第一個周期內(nèi)第一個“0-1”跳變點出現(xiàn)時(記為時刻h)，將其接入移位寄存器B304，由移位寄存器B記錄Qwt信號在第一個周期內(nèi)所有的不穩(wěn)定位。當(dāng)移位寄存器B記錄位數(shù)滿P位后，⑶F合成使能信號raF_en_a和raF_en_b置為“I”(在下個周期置為“O”)，并開始對周期數(shù)值計數(shù)。當(dāng)計數(shù)滿N周期時，Qtjut信號接入移位寄存器A并記錄之后2P位邏輯值。當(dāng)記錄滿2P位后，raF_en_a和raF_en_b置為“ I”并開始記錄周期數(shù)，當(dāng)計數(shù)滿N周期時，Qtjut信號接入移位寄存器A并記錄之后2P位邏輯值……如此循環(huán)往復(fù)。
[0036]在第二個周期，第一個“0-1”跳變點的位置可能會超前或落后于第一個周期的跳變點位置。圖6(a)描述了第二個周期的跳變過渡區(qū)超前于第一個周期的跳變過渡區(qū)的情況；圖6(13)描述了第二個周期的跳變過渡區(qū)落后于第一個周期的跳變過渡區(qū)的情況。為了可以將跳變過渡區(qū)內(nèi)的不穩(wěn)定位都記錄下來，移位寄存器A和移位寄存器B的位數(shù)需要保證可以覆蓋Qwt信號邊沿與理想信號邊沿之間可能出現(xiàn)的最大偏差。這樣，即使在第一個周期時，跳變過渡區(qū)出現(xiàn)在可能的最大偏差位置，在下個周期，跳變區(qū)不穩(wěn)定位依舊可以完整地保存下來。圖6(c)描述了一種未使用本方案進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時可能發(fā)生的情況，電路從A時刻開始每經(jīng)過(2P+N)個采樣周期記錄后面P位的邏輯值，這樣會導(dǎo)致當(dāng)?shù)诙€周期內(nèi)的不穩(wěn)定位位置超前于第一個周期內(nèi)不穩(wěn)定位位置時，跳變位信息的丟失。
[0037]如圖7所示，⑶F合成電路305由計數(shù)器組701構(gòu)成。將多組由移位寄存器A303和移位寄存器B304記錄的邏輯值通過CDF合成電路305疊加可得到抖動CDF分布圖。最后將計數(shù)器組701內(nèi)每個計數(shù)器計數(shù)值合并然后串行輸出至片外做其他分析。
【權(quán)利要求】
1.一種基于欠采樣技術(shù)鎖相環(huán)長周期抖動片上測量電路，其特征在于:包括欠采樣實現(xiàn)電路、控制電路、移位寄存器八、二選一 1^^、移位寄存器8和⑶？合成電路； 鎖相環(huán)輸出信號^和采樣信號接入至欠采樣實現(xiàn)電路中，采樣信號同時為系統(tǒng)時鐘，由欠采樣實現(xiàn)電路輸出的信號‘分別接入控制電路、移位寄存器六和二選一順X ； 控制電路的輸出信號5616仏為二選一衝X的選通信號，控制電路的輸出信號0)1^61^￡1和分別接入移位寄存器4和移位寄存器8，分別作為移位寄存器4和移位寄存器8輸出信號34代」I和34代」3的觸發(fā)控制信號； 二選一 的輸出信號接入至移位寄存器8中，移位寄存器八和移位寄存器8中的每一位都接入⑶？合成電路，⑶？合成電路的測量輸出結(jié)果通過信號輸出。
2.如權(quán)利要求1所述的基于欠采樣技術(shù)鎖相環(huán)長周期抖動片上測量電路，其特征在于:所述移位寄存器八和移位寄存器8的位數(shù)相等，且均可以覆蓋欠采樣實現(xiàn)電路的輸出信號邊沿與理想輸出信號邊沿之間出現(xiàn)的最大偏差。
3.如權(quán)利要求2所述的基于欠采樣技術(shù)鎖相環(huán)長周期抖動片上測量電路，其特征在于:所述移位寄存器八和移位寄存器8中的每個觸發(fā)器的輸出端都接入03？合成電路。
【文檔編號】H03L7/18GK204131499SQ201420482638
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年8月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月25日
【發(fā)明者】許浩博, 蔡志匡, 徐亮, 任力爭, 楊軍 申請人:東南大學(xué)