TW466832B - Self-compensating phase detector - Google Patents

Description

466832 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作衽印製 五、發明説明（1 發明背t 1. 發明範1| 本發明係有關於睡聪彳σ占 Sr 〇 ^ 、f脈k 。更明確而言，本發明係關於 内邢時脈信號與參考時脈信號的同步。 2. 相關技藝 才Μ鎖定k路（PLL)的目標是要使非同步時脈信號能夠 同步。若要完成此同步，該PLL係要使用相位偵測器，而 此相位偵測器會比較兩同步的時脈相纟，並指示來自同步 的距離。Μ想上’如果兩時脈信號同步，此相位偵測器的 輸出會是零Η口果第一信號太快，輸出是正的，而如果第 一信號太慢，輸出會是負的。事實上，由於諸如路徑不符 及/或裝置不符的設計實際限制，靜態相位錯誤通常是會 存在。此表示當靜態相位差存在的時候，該相位偵測器會 輸出零。 圖1是先前技藝相位鎖定迴路的方塊圖。參考時脈信號 (REF_CLK) 1係輸入相位偵測器1 〇。相位偵測器1 〇的第一 輸入是從電壓所控制的振盪器1 2所產生的時脈信號（CLK) 2。相位偵測器1〇係將REF一CLK 1與CLK 2的相位相比較。 比較的結果是濾波器1 1所過濾。濾波器的輸出會經由放大 器（在圖中未顯示）而驅動電壓所控制的振盪器（vco) i2 , 以產生CLK 2。當上面所討論的靜態相位錯誤存在的時 候，由VCO 12所產生的CLK 2並不會正確地與REF CLK i 同步。這會造成PLL應用上的非理想時序限制，及在時脈 恢·復電路（CRC)應用上的不良位元錯誤率（BERs)。 -4 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2l〇x297公釐） --.--^---裝------訂-------線 (請先閱讀背面之注意V丨S.A 本頁) 4 6 A7 B7 五、發明説明 當REF—CLK的頻率增加的時候，靜態錯誤的問題便會惡 化。對於在2GHz(〇_5x10-、時間）的辦clk而言，甚 至經由重要電路的延遲微小變化會造成從理想取樣點的極 大偏差。例如，63X10-12秒延遲係等於在2 QHz時的45。 相位錯誤。在任意資料流與用來取樣資料相同步的資料 移系統中，該相位鎖定迴路必須將Vc〇時脈信號鎖定在1( 。相位差内…咸少在BER上的相位差效果。先前技藝相 位债測器在環境變化下是無法可靠地傳送.此效率，相位债 測器在實際的使用上是有可能會遇到的。 鑑於先前的描述，甚至在非常高的時脈率，意欲能有方 法和裝置能使參考時脈相位能夠忠實符合第二時脈信號。 發明概要 ，所揭露的是相位錯誤補償裝置。第—相位偵測器會複 製，以5文於第一和第二相位偵測器存在。相位移位器:轉 合在第二相位偵測器的回授迴路。相位移位器的輸出係轉 合至第一和第二相位偵測器的其中每一的輸入。 圖.式之簡簟説明 圖1是先前技藝相位鎖定迴路的方塊圖。 趣濟部中央樣準局貢工消費合作社印製 圖圖2是採用本發明的一具體實施例的相位鎖定迴路方塊 圖3是採用本發明的另一具體實施例的不同時脈恢復兩 路方塊圖。 ％ 圖4是本發明的另一具體實施例方塊圖。 圖5是採用本發明的一具體實施例的系統圖式。 -5- (210X297公釐） 良紙張尺额财關 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 ^6683¾ ΚΊ " 〜__ __Β7____ 五、發明説明（3 ) ' 發明之詳細 在下面所插述的本發明具體實施例係藉由明顯地減少靜 悲相位錯誤的效果而改良相位差測量的精確度。而且，此 減少會保持正確，而不管處理、溫度、和電壓的變化。因 此’本發明對於環境情況的固有免疫會在製造過程中產生 車父少的故障零件。此外，因爲設計會對環境變化自動調 即，設計上的容易便可明顯地改良。.例如，在先前技藝只 改變vco輸出的負載會改變回轉率，並影響相位偵測器的 效率。當使用所揭露的裝置之時，該相位偵測器會自我校 準至新的情況，所以變化便可達成而無需重新設計。例 如’如要小心地使用相位偵測器而使用兩相同相位偵測 器’該等其中之一相位偵測器及在負回授迴路中的電壓所 控制相位移位器的使用改變信號，以致於能夠使改變的信 號能補償既有的靜態相位錯誤。此相同的改變信號是用於 第一相位偵測器的比較，藉此減少系統能夠鎖定在參考時 脈信號上的靜態相位錯誤效果。 圖2疋採用本發明的一具體實施例的相位鎖定迴路方塊 圖。參考時脈1 (REF — CLK)係輸入相位偵測器2 1。電壓所 控制的振盪器1 2會產生本地時脈信號（CLK) 2。clk 2會同 時輸入第二相位偵測器2 2和電壓所控制的相位移位器 (VCPS) 20。就相同而言，電流所控制的相位移位器（ccps) 能夠使用。相位偵測器2 2是相位偵測器2 1的複製。 VCPS 20的輸出相位偵測器2】和相位偵測器2 2的第二輸 入。因此，相位偵測器2 2能有效地將CLK 2與CLK (ΖΧαυΚ；) 3 -6- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210χ297公瘦） (請先閲讀背面之注意<' X本頁) .裝· 訂 A6683 2

第88100456號專利申請案 中文說明書修正頁(90年8月^ 五、發明説明（4 ) 的相位移相比較》在理想的世界中，如在最初的範例’由 電壓VCPS 20所造成的相位變化量是零，相位偵測器2 2的 輸出應也是零。然而，如果存在靜態相位錯誤，某些相位 變化必須由VCPS 20產生，以便將相位偵測器2 2的輸出驅 動至零。放大器2 3會放大相位偵測器2 2的輸出，所以在 CLK 2和ACLK 3之間的微量差會造成驅動至vcps 20的較 大控制.電壓。因此’ ACLK 3會移位，直到它將相位偵測 器22的輸出驅動至零為止。aclk 3的相位變化量應能足 夠適合回授迴路的靜態相位錯誤。因為相位偵測器2 2和 相位偵測器2 1是彼此的精確複製，某些靜態相位錯誤會 出現在兩相位偵測器是可預期的。因此，當C l K 2與 REF_CLK 1同步的時候，△clk 3會產生零，當作更正的相 位差2 5 »而ACLK 3係提供給與ref_CLK 1相比較的相位 偵測器2 1的第二輸入。在所顯示的具體實施例中，更正 的相位差2 5係驅動濾波器1 1，其會依序驅動電壓所控制 的振盪器1 2 。數個適當的濾波器會存在。 圖3是採用本發明另一具體實施例的不同時脈恢復電路 方塊圖。包括CLK和CLKZ的不同輸入時脈信號50及包括 QLK和QLKZ的九十度相位差時脈信號52係輸入電壓控制相 位移位器60。電壓控制相位移位器60係包括6個可變延遲單 元（VARDELs)40、41、42。某些適當的VARDELs是在名稱為A Variable Delay Cell With A Self-Biasing Load，而申請案號是 OWOOS/AYUSPS,994,939)的申請專利中描述。當 VARDELs 41 相對延遲九十度相位差時脈信號52的時候，VARDELs 40會 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4规格(210X 297公董)

號專利申請案 中文說明書修正頁(90年8月） ay __^_ B7 五發明説明（5~Γ" 提供不同輸入時脈信號50的可變延遲。VARDELS 42只當 作在VARDELs 40和41及互斥Ο R閘3 3之間的一層缓衝處理 使用。因此，使用此製作的輸入時脈50和在九十度相位 差時脈52每個皆具有不同輸出時脈56的基本頻率。互斥 Ο R閘3 3係使用於倍頻，既然時脈信號的互斥〇 R及其九 十度相位差會造成輸出時的倍頻。因此，由2XCLK和 2XCLKZ所組成的輸出時脈56是在基本頻率，而它是輸入 時脈50和九十度相位差時脈52的兩倍頻率。 兩微分整流器混合器低通濾波器單元（DRML) 61、62係 分別耦合至輸出時脈56和參考時脈54、及九十度相位差 時脈5 2。DMRL可以是諸如在申請專利名稱Improved Differentiator, Rectifier, Mixer and Low-pass Filter Circuit > 而申請案號是08/940,456(1^?6，163,582)中所描述的，其已轉 讓給本專利。相位偵測器是與DRML的混合器部分實現。 微分器和整流器部份能有效地加倍九十度相位差時脈信號 52，而它然後會與輸出時脈56比較，以產生不同的延遲 信號5.8 delayp和delaym。Delayp和delaym是如上所討論的 VARDELs 40和4 1的控制輸入，明顯地，當互斥〇 R閘3 3正 常會將額外的靜態相位錯誤加入時脈的時候’相位移位器 會適合由於互斥〇 R閘3 3的任何靜態相位錯誤，因為時脈 是回授迴路的部份。最後，當參考時脈與九十度相位差時 脈鎖定的時候，微分輸出7 0會驅動至零。假設參考時脈 正在時脈計時資料流，這是意欲的，因為然後的資料取樣 會發生在資料有效過程中的時間中央。 -8- 本紙張尺度適用中國國家棣準(CNS) A4规格(210 X 297公釐) 裝 訂 466832 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 ΑΊ Β7 五、發明説明（6 ) ~~ 已發現上述的具體實施例接受每秒2 Gbits的任意資料 流’並產生用來取樣資料的同步時脈。所獲得的鎖並係藉 ^，少靜態相位錯誤的效果而使BER最佳化。此外，該具 體實施例在0.4"互補金屬氧化半導體（CM〇s)處理上 地製造。 圖4是本發明的另一具體實施例方塊圖。在此具體實施 例中，孩參考時脈係經由可變相位移位器120和相位偵測 器122來驅使動。所改變的參考時脈丨〇3然後會運用在相位 偵測器122的另一輸入及相位偵測器121的輸入。相位偵測 =122的比較結果是由放大器丨2丨所放大，並驅動相位移位 态120，藉以符合在既有設計上的任何靜態相位錯誤。 VCO時脈係經由延遲單元】3 〇而驅動相位偵測器12 ^，因 此，相位偵測器121的輸出是在參考時脈vc〇時脈之間的 更正相位差。延遲單元丨30能夠使用可變相位移位器來實 現，而可變相位移位器的輸入是關閉。延遲單元13〇的目 的疋要確保具有回授迴路的時脈路徑是最快的時脈路徑。 這疋w名人的，因爲它非常不容易增加負延遲。因此，藉由 引用延遲單元，您能確保vc〇時脈路徑（在此情況）從不快 於參考時脈路徑。 ^由在技藝中的其中一技術可確認到藉著將相位移位器和 第一相位偵測器引用任何的時脈路徑可適應靜態相位錯 誤。也應了解到，在技藝中的其中一技術應儘可能符合任 何具體實施例的第一和第二相位偵測器。因此，在績出的 相位偵測器中係意欲使用大於最小的幾何，以致能減輕在 ___ -9- 本紙張尺度適用中國國家榡準（CNS ) A衫見格（21〇χ297公釐） ^----...——----裝-------訂----^—線 - (請先聞讀背面之注意i,t'4¥本頁) M466 83 2 經濟部中央標準局員工消費合作衽印製 A7 B7 五、發明説明（7 ) 兩相位偵測器之間不相符的裝置危機。而且，當此特殊裝 置對於相位鎖定迴路（PLL)非常有用的時候，而相位鎖定 迴路存在任何電子工業，這可應用在需要正確相位比較 (典型是達成正確的相位鎖）旳任何系統。 圖5是採用本發明具體實施例的系統圖。第—無線電收 發機140是在串列匯流排160上將信號傳送至第二無線電收 發機150。第一無線電收發機係使用時脈信號161傳送，而 此時脈信號具有頻率和相位。在第二無線電收發機15〇中 的時脈恢復電路1 5 1使無線電收發機1 5 〇的内部時脈符合於 來自串列匯流排160的時脈信號1 5 1的頻率和相位。在圖2_ 4中所顯示的具體實施例係適合使用在Crc 1 5 1。在一具體 實施例中，串列匯流排i60會遵從在IEEE標準1394_丨995中 所描述的協定、高效率串列匯流排的IEEE標準、或諸如在 高效率串列匯流排（補充）的l394a草擬標準、高效率串列 匯流排（補充）的1934b草擬標準中所描述的協定。這些標 準的校訂能偶爾預期到。 在先前的規格中，本發明的描述是有關於特殊的具體實 施例。然而，很清楚的，各種不同的修改和變化能夠達 成’而不會達背在附綠的申請專利中所發表的本發明之精 神和範圍。因此，規格和圖式係用以説明而不是限制。因 此，本發明的範圍應只受到附綠的申請專利範園的限制.。 -10- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）

I*-Ί; ^ 裝 訂 -線 - (請先閱讀背面之注意厂vs..j!f本頁),;V

Claims (1)

1. 46683 2

   第88 1 00456號專利申請案 申文申請專利範圍修正本(90年8月) 六、申請專利範圍 ι· 一種補償相位誤差之裝置，包括： 一第一相位偵測器； 第一相位偵測器，其係第_相位偵測器的複製；以 及 相位移位器，其係耦合在第二相位偵測器的一回授 迴路，其中該相位移位器輸出係耦合第一和第二相位偵 測器各自之一輸入。 2. 如申請專利範圍第丨項之裝置，該裝置進一步包括： 放大器，其係耦合在第二相位偵測器的輸出和相位 移位器之間。 3. 如申請專利圍第2項之裝置，其中該第二相位偵測器 係接收時脈信號及時脈信號的相位變化，而該相位變化 疋在時脈信號和時脈信號相位變化之間的比較所決定的 相位變化量。 4. 如申請專利範圍第！項之裝置，其中該相位移位器係包 括複數可變延遲單元。 5. 如申請專利範圍第4項之裝置，其中第一子集的複數可 變延遲單元會改變時脈信號，而第二子集的可變延遲單 元會改變九十度相位差時脈信號。 6. 如申請專利範圍第5項之裝置，進一步包括： 一互斥OR閘，其具有當作輸入的時脈信號變化和九十 度相位差時脈信號的變化，藉此產生兩倍速時脈信號。 7. 如申請專利範圍第3項之裝置，其中該時脈信號是微分 信號。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 466 83 2 as C8 ___ D8 六、申請專利範圍^ ~' ' 8· —種補償相位誤差之方法，包括下列步驟： 於-第-相位偵測器中將_第一時脈信號與一相位變 化第一時脈信號相比較； 調整第-時脈信號的相位變化，其係基於第一時脈信 號和相位變化第-時脈信號的一比較結果來調整：以及 在一第一相位偵測器中的比較處理將相位變化第一時 脈L號與帛_時脈#號相比較，其中該相位偵測器是 第一相位偵測器的複製。 9. 如中請專利範圍第8項之方法，該方法進一步包括下列 步驟： 增加第一相位偵測器的輸出，以驅動該相位變化。 10. 如申叫專利|a圍弟8項之方法，該方法進一步包括下列 步驟： 延遲第二時脈的信號路徑，以確保第一時脈信號的信 號路徑係始終等於或短於第二時脈信號的信號路徑。 11. 如申請專利範圍第8項之方法’其中在時間t==〇，該相位 變化是等於0。 12. 如申請專利範圍第8項之方法，其中該等第一相位偵測 器和第二相位偵測器係使用大於最小的幾何而繪製。 13. —種補償相位誤差之系統，包括： 一串列匯流排’其係用以轉換響應於一第一時脈信號 的資料；以及 一轉合至串列匯流排之收發機，該收發機係響應於一 第二時脈領域’該無線電收發機係包括一第一相位偵測 本紙張认適用中國a家操準（CNS) A4胁（21()><297公着） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂丨 A8 B8 C8 D8

   申請專利範圍 466 83 2 器 '一第—相位偵測器、和.一相p Sg „ 、 τ 相位移位器，該等第一如 位偵測器和相位移位器係耦合 g„秘， 今銮宜^ , 稱β在—負回授迴路，以移位 該爭矛-時脈信號和第二時脈信號的其中之_ 一靜態相位錯誤。 補慣 14. 申請專利範園第13項之系統，其中所改變的時脈信號是 具有最快信號路徑的時脈信號。 15. 申請專利範圍第13項之H其中該第—時脈信號是電 壓所控制的振盪器（vco)時脈信號，而該第二時脈信號 疋外部參考時脈信號。 16. 申请專利範圍第1 5項之系統，其中該參考時脈信號是送 來資料的時脈率。 17_申請專利範圍第1 6項之系統，其中該參考時脈信號係藉 由第二相位偵測器而與改變的VCO時脈信號相比較，而 該等VCO時脈信號和改變的VCO時脈信號是由第一相位 偵測器比較。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁). •訂 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 本紙張又度適用中國國家標準（CNS )八4規^格（21〇X297公釐）