專利名稱:占空比檢測電路及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種占空比檢測電路及其控制方法,具體地,涉及一種占空比檢測電路,檢測內(nèi)部時(shí)鐘中的占空比誤差并且被用作用于產(chǎn)生與外部時(shí)鐘同步的內(nèi)部時(shí)鐘的DLL(延遲鎖定回路)的一部分,還涉及一種控制該電路的方法。
背景技術(shù):
在DDR-SDRAM(雙數(shù)據(jù)率-同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)中,使用用于產(chǎn)生與外部時(shí)鐘同步的內(nèi)部時(shí)鐘的DLL(延遲鎖定回路)電路,以便使存儲(chǔ)器中的操作滯后最小化。必須以正確的占空比(一個(gè)周期中信號(hào)的高或低電平的比;在這種情況下正確的占空比是50%)輸入外部時(shí)鐘信號(hào),以使DLL電路正確地工作。然而,規(guī)定允許外部時(shí)鐘信號(hào)中±5%的占空比誤差,并且當(dāng)考慮抖動(dòng)等時(shí)會(huì)發(fā)生更大的占空比誤差。因此,在通過占空比檢測電路檢測內(nèi)部時(shí)鐘的占空比誤差之后,必須校正該誤差。
圖9是示出了DLL電路的結(jié)構(gòu)的簡化方框圖。
在圖9所示的DLL電路900中,將由時(shí)鐘接收機(jī)901接收的外部時(shí)鐘(CLK/CLKB)通過時(shí)鐘控制器902饋送到延遲計(jì)數(shù)器903,并且以預(yù)定延遲量產(chǎn)生內(nèi)部時(shí)鐘(RCLK/FCLK)。將這些信號(hào)輸入數(shù)據(jù)輸出單元904和占空比檢測電路906,并且在占空比檢測電路906中通過比較FCLK信號(hào)和RCLK信號(hào)的占空比,找到占空比差。將接收RCLK信號(hào)的數(shù)據(jù)輸出單元復(fù)制905的輸出輸入相位比較判斷單元907,在相位比較判斷單元907中判斷當(dāng)前狀態(tài)是否相對(duì)于外部時(shí)鐘(CLK)超前或延遲,并且將該判斷的結(jié)果饋送到延遲計(jì)數(shù)器控制器908。延遲計(jì)數(shù)器控制器908根據(jù)占空比差和相位偏移方向(超前或延遲),控制延遲計(jì)數(shù)器903。
按照這種配置,當(dāng)DLL電路不具有占空比檢測電路906時(shí),沒有修改地輸出如圖10A所示的、不具有占空比校正的內(nèi)部時(shí)鐘(DQ/DQS),但是可以由具有占空比檢測電路906的DLL電路900產(chǎn)生將占空比校正為50%(1∶1)的信號(hào),如圖10B所示。
圖11是示出了傳統(tǒng)占空比檢測電路的結(jié)構(gòu)的簡化方框圖。
如圖11所示,該占空比檢測電路200包括主電路單元210,用于接收RCLK信號(hào)和FCLK信號(hào),作為在DLL電路中產(chǎn)生的內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào),并且根據(jù)這些內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)(下文中簡稱為時(shí)鐘信號(hào))的占空比,產(chǎn)生電壓電平(DB信號(hào)和REF信號(hào));放大器220,用于放大主電路單元210的輸出;鎖存電路230,用于鎖存放大器220的輸出;預(yù)充電單元240,用于充電(預(yù)充電)主電路單元210內(nèi)的電容器;以及轉(zhuǎn)移控制器250,用于允許主電路單元210內(nèi)的電容器的放電。該設(shè)置中的RCLK信號(hào)是具有與外部時(shí)鐘信號(hào)相同相位的內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào),以及FCLK是具有與外部時(shí)鐘信號(hào)相反相位的內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)。因此,RCLK信號(hào)和FCLK信號(hào)是互補(bǔ)的,并且按照RCLK信號(hào)處于高電平的比(FCLK信號(hào)處于低電平的比)來定義術(shù)語“占空比”。
主電路單元210包括電容器C21,與信號(hào)線S1相連;電容器C22,與信號(hào)線S2相連;積分晶體管Tr26和Tr27,用于接收和切換RCLK信號(hào)和FCLK信號(hào);以及偏置晶體管Tr28,插在積分晶體管Tr26和Tr27的源極與地GND之間。將偏置信號(hào)饋入偏置晶體管Tr28。預(yù)充電單元240由用于預(yù)充電電容器C21和C22的預(yù)充電晶體管Tr21至Tr23組成。將啟動(dòng)電容器C21和C22的預(yù)充電的PreB信號(hào)饋入預(yù)充電晶體管Tr21至Tr23的柵極。轉(zhuǎn)移控制器250由用于允許電容器C21和C22的放電的激活晶體管Tr24和Tr25組成,并將用于啟動(dòng)實(shí)際積分運(yùn)算的激活信號(hào)ActT信號(hào)饋入激活晶體管Tr24和Tr25的柵極。
接下來,參考圖12來描述傳統(tǒng)占空比檢測電路200的工作。首先,如圖12所示,當(dāng)由PreB信號(hào)變化到低電平使預(yù)充電晶體管Tr21至Tr23置于“導(dǎo)通”狀態(tài)時(shí),從電源VDD向電容器C21和C22饋電,使電容器C21和C22充電到VDD。當(dāng)由ActT信號(hào)變化到有效(高電平)使激活晶體管Tr24和Tr25置于“導(dǎo)通”狀態(tài)時(shí),與RCLK信號(hào)和FCLK信號(hào)同步地交替放電對(duì)電容器C21和C22進(jìn)行充電的電荷。換句話說,當(dāng)RCLK信號(hào)變?yōu)楦唠娖綍r(shí),通過激活晶體管Tr24、積分晶體管Tr26和偏置晶體管Tr28對(duì)電容器C21進(jìn)行放電;以及當(dāng)FCLK信號(hào)變?yōu)楦唠娖綍r(shí),通過激活晶體管Tr25、積分晶體管Tr27和偏置晶體管Tr28對(duì)電容器C22進(jìn)行放電。因?yàn)樵赗CLK信號(hào)和FCLK信號(hào)的每一個(gè)為高電平的時(shí)間周期期間,對(duì)電容器C21和C22進(jìn)行放電,DB信號(hào)和REF信號(hào)的電勢在ActT信號(hào)處于高電平的時(shí)間周期(積分運(yùn)算周期)內(nèi)交替地減少,如圖所示。
由REF信號(hào)和DB信號(hào)之間的電勢差表示主電路單元210的最終輸出,REF信號(hào)是與電容器C21相連的信號(hào)線S1的電勢,而DB信號(hào)是與電容器C22相連的信號(hào)線S2的電勢。由放大器220放大這些電勢之間的差,從而獲得作為1比特?cái)?shù)字信號(hào)的DCC信號(hào)(占空比檢測信號(hào)),并且在鎖存電路230中鎖存DCC信號(hào)。在這種設(shè)置中,DCC信號(hào)的低電平(VREF>DB)邏輯值表示占空比超過50%,以及DCC信號(hào)的高電平(VREF<DB)邏輯值表示占空比小于50%。將這樣產(chǎn)生的DCC信號(hào)饋入上述DLL電路900的延遲計(jì)數(shù)器控制器908,并且延遲計(jì)數(shù)器控制器908根據(jù)該反饋,改變時(shí)鐘信號(hào)的占空比。換句話說,執(zhí)行控制,當(dāng)DCC信號(hào)處于低電平時(shí)使時(shí)鐘信號(hào)的占空比減小,并且當(dāng)DCC信號(hào)處于高電平時(shí)使時(shí)鐘信號(hào)的占空比增加。DLL電路通過持續(xù)地執(zhí)行這種控制,使時(shí)鐘信號(hào)的占空比接近50%。
上述傳統(tǒng)占空比檢測電路200具有在通過積分運(yùn)算去除電荷之后、電容器的充電電平根據(jù)時(shí)鐘信號(hào)的頻率極大地波動(dòng)的屬性。具體地,當(dāng)時(shí)鐘(CLK)頻率較低時(shí),REF信號(hào)和DB信號(hào)的電平顯著地下降,如圖13A所示。然而,如圖13B所示,當(dāng)時(shí)鐘頻率較高時(shí),REF信號(hào)和DB信號(hào)的電平僅適度地下降。因此,缺點(diǎn)在于當(dāng)試圖適應(yīng)這種較大電平差時(shí),判斷電路的結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜。
當(dāng)如圖14A所示,兩個(gè)時(shí)鐘信號(hào)的占空比差較大時(shí),在通過積分運(yùn)算放電電容器之后,DB信號(hào)和REF信號(hào)的最終電勢差ΔV具有某個(gè)電平。然而,如圖14B所示,當(dāng)在時(shí)鐘信號(hào)中幾乎沒有占空比差時(shí),DB信號(hào)和REF信號(hào)的最終電勢差ΔV變得非常小。因此,當(dāng)試圖適應(yīng)這種微小的電勢差時(shí),缺點(diǎn)在于必須使用高精確度的判斷電路,并使判斷電路的結(jié)構(gòu)變復(fù)雜。
通過減少共源極電流或增加電容器的電容,可以在一定程度上克服圖13所示的依賴于時(shí)鐘頻率的問題。然而,另一方面,通過增加共源極電流或減少電容器的電容,可以在一定程度上克服圖14所示的輸出電勢差的問題。因?yàn)橛糜诳朔鲜鰞蓚€(gè)問題的方法是互相排斥的,并且都涉及折中,必須找到用于克服這些問題的新方法,以便實(shí)現(xiàn)這些方法之間的高度調(diào)和。
因此,本發(fā)明的目的是提供一種能夠在較寬頻率范圍內(nèi)正確地工作而與占空比差大小無關(guān)的占空比檢測電路;并且提供一種用于控制該電路的方法。
發(fā)明內(nèi)容
由占空比檢測電路實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的,所述電路用于檢測時(shí)鐘信號(hào)的占空比,并根據(jù)占空比,產(chǎn)生占空比校正信號(hào),其中,占空比檢測電路具有主電路單元,主電路單元至少包括第一電容器,在時(shí)鐘信號(hào)處于高電平的時(shí)間周期期間進(jìn)行放電,并且在時(shí)鐘信號(hào)處于低電平的時(shí)間周期期間進(jìn)行充電;以及第二電容器,在時(shí)鐘信號(hào)處于高電平的時(shí)間周期期間進(jìn)行充電,并且在時(shí)鐘信號(hào)處于低電平的時(shí)間周期期間進(jìn)行放電,主電路單元與時(shí)鐘信號(hào)同步地交替充電或放電第一和第二電容器;以及占空比校正信號(hào)產(chǎn)生器,用于檢測第一和第二電容器的電勢差,并根據(jù)電勢差輸出占空比校正信號(hào)。
在本發(fā)明中,優(yōu)選地,主電路單元包括第一積分晶體管,用于允許在時(shí)鐘信號(hào)處于低電平的時(shí)間周期期間充電第一電容器;第二積分晶體管,用于允許在時(shí)鐘信號(hào)處于高電平的時(shí)間周期期間放電第一電容器;第三積分晶體管,用于允許在時(shí)鐘信號(hào)處于高電平的時(shí)間周期期間充電第二電容器;第四積分晶體管,用于允許在時(shí)鐘信號(hào)處于低電平的時(shí)間周期期間放電第二電容器;第一偏置晶體管,用于通過定義流過第一和第三積分晶體管的偏置電流量,設(shè)置充電第一和第二電容器的速率;以及第二偏置晶體管,用于通過定義流過第二和第四積分晶體管的偏置電流量,設(shè)置放電第一和第二電容器的速率。
本發(fā)明中還優(yōu)選的是,第一和第三積分晶體管和第一偏置晶體管由P溝道MOS晶體管組成;以及第二和第四晶體管和第二偏置晶體管由N溝道MOS晶體管組成。
還優(yōu)選地,在本發(fā)明中由第二偏置晶體管設(shè)置的偏置電流量大于由第一偏置晶體管設(shè)置的偏置電流量;以及第一偏置晶體管的偏置電流與第二偏置晶體管的偏置電流的比被設(shè)置為2∶3。
優(yōu)選地,本發(fā)明的占空比檢測電路還具有轉(zhuǎn)移控制器,用于允許在與時(shí)鐘信號(hào)同步的預(yù)定時(shí)刻充電和放電第一和第二電容器。
本發(fā)明中優(yōu)選的是,轉(zhuǎn)移控制器允許在時(shí)鐘信號(hào)的周期的整數(shù)倍期間充電和放電第一和第二電容器。
優(yōu)選地,轉(zhuǎn)移控制器至少根據(jù)由激活信號(hào)、時(shí)鐘信號(hào)及其延遲信號(hào)產(chǎn)生的邏輯信號(hào),允許充電和放電第一和第二電容器。
本發(fā)明中優(yōu)選的是,轉(zhuǎn)移控制器被配置為能夠允許獨(dú)立地發(fā)生第一電容器的充電和放電以及第二電容器的充電和放電。
在本發(fā)明中,優(yōu)選地,轉(zhuǎn)移控制器使允許第一電容器的充電和放電的時(shí)間周期以及允許第二電容器的充電和放電的時(shí)間周期互相偏移半個(gè)時(shí)鐘信號(hào)周期。
在本發(fā)明中,優(yōu)選地,轉(zhuǎn)移控制器在啟動(dòng)第一電容器的充電和放電之后的半個(gè)時(shí)鐘信號(hào)周期處啟動(dòng)第二電容器的充電和放電。
優(yōu)選地,本發(fā)明的占空比檢測電路還具有預(yù)充電單元,用于在低于預(yù)定電源電平的較低電平處預(yù)充電第一和第二電容器。
在本發(fā)明中,優(yōu)選地,預(yù)充電單元包括第一預(yù)充電晶體管,連接在預(yù)定電源和第一電容器之間;以及第二預(yù)充電晶體管,連接在預(yù)定電源和第二電容器之間;其中第一和第二預(yù)充電晶體管均由N溝道MOS晶體管組成。
優(yōu)選地,本發(fā)明的占空比檢測電路還具有第三電容器,與第一電容器相對(duì)應(yīng)地設(shè)置;以及第四電容器,與第二電容器相對(duì)應(yīng)地設(shè)置;其中,第一和第二電容器由N溝道MOS柵極電容器組成;以及第三和第四電容器由P溝道MOS柵極電容器組成。
在本發(fā)明中,優(yōu)選地占空比校正信號(hào)產(chǎn)生器包括放大器,用于放大第一和第二電容器的電勢差;以及鎖存電路,用于根據(jù)放大器的輸出,產(chǎn)生占空比校正信號(hào)。
還由一種控制上述占空比檢測電路的方法實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的,所述方法包括在與時(shí)鐘信號(hào)同步的預(yù)定時(shí)刻,啟動(dòng)第一電容器的充電和放電;以及在比啟動(dòng)第一電容器的充電和放電的時(shí)刻晚半個(gè)時(shí)鐘信號(hào)周期的時(shí)刻,啟動(dòng)第二電容器的充電和放電。
結(jié)合附圖,通過參考本發(fā)明下面的詳細(xì)描述,本發(fā)明的上述及其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)變得顯而易見,附圖中圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的占空比檢測電路結(jié)構(gòu)的電路圖;圖2是主要示出了主電路單元110和外圍區(qū)域的電路圖;圖3是主要示出了預(yù)充電單元140和外圍區(qū)域的電路圖;圖4是主要示出了轉(zhuǎn)移控制器150和外圍區(qū)域的電路圖;圖5A至5D是用于提供為何將FCLK采樣延遲半個(gè)周期的原因的更詳細(xì)描述的波形圖;圖6是用于解釋占空比檢測電路100的工作的工作波形圖;圖7是示出了電容器C1至C4的另一個(gè)實(shí)施例的電路圖;圖8是示出了轉(zhuǎn)移控制器的另一個(gè)實(shí)施例的電路圖;圖9是示出了DLL電路結(jié)構(gòu)的簡化方框圖;圖10是用于解釋DLL電路100的工作的工作波形圖;圖11是示出了傳統(tǒng)占空比檢測電路結(jié)構(gòu)的簡化方框圖;圖12是用于解釋傳統(tǒng)占空比檢測電路200的工作的工作波形圖;圖13A和13B是用于解釋傳統(tǒng)占空比檢測電路的一個(gè)問題的波形圖;以及圖14A和14B是用于解釋傳統(tǒng)占空比檢測電路的另一個(gè)問題的波形圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的占空比檢測電路結(jié)構(gòu)的電路圖。
如圖1所示,根據(jù)本實(shí)施例的占空比檢測電路100包括主電路單元110,用于接收RCLK信號(hào)和FCLK信號(hào)作為DLL電路產(chǎn)生的內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào),并且根據(jù)這些內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)(下文中簡稱為時(shí)鐘信號(hào))的占空比,產(chǎn)生電壓電平(DB信號(hào)和REF信號(hào));放大器120,用于放大主電路單元110的輸出;鎖存電路130,用于鎖存放大器120的輸出;預(yù)充電單元140,用于充電(預(yù)充電)主電路單元110內(nèi)的電容器;以及轉(zhuǎn)移控制器150,用于允許主電路單元110內(nèi)的電容器的充電和放電。
圖2是主要示出了主電路單元110和外圍區(qū)域的電路圖。
如圖2所示,主電路單元110包括第一和第三電容器C1和C3,與信號(hào)線S 1相連;第二和第四電容器C2和C4,與信號(hào)線S2相連;第一至第四積分晶體管Tr1至Tr4,用于接收RCLK信號(hào)和FCLK信號(hào)并對(duì)其進(jìn)行切換;第一偏置晶體管Tr5,插在積分晶體管Tr1和Tr3的源極與電源VDD之間;以及第二偏置晶體管Tr6,插在積分晶體管Tr2和Tr4的源極與地GND之間。
每一個(gè)電容器C1和C3的一端與信號(hào)線S1相連,電容器C1的另一端與地GND相連,電容器C3的另一端與電源VDD相連。因此,根據(jù)電容器C1和C3的充電/放電狀態(tài),信號(hào)線S1的電勢可以是從VDD到零的任意電勢。按照相同的方式,每一個(gè)電容器C2和C4的一端與信號(hào)線S2相連,電容器C2的另一端與地GND相連,并且電容器C4的另一端與電源VDD相連。因此,根據(jù)電容器C2和C4的充電/放電狀態(tài),信號(hào)線S2的電勢可以是從VDD到零的任意電勢。將信號(hào)線S1和S2的電勢饋入放大器120,分別作為REF信號(hào)和DB信號(hào)。
切換積分晶體管Tr1和Tr2,用于以交替方式使電容器C1和C3充電和放電,并且積分晶體管Tr1和積分晶體管Tr2的公共漏極與信號(hào)線S1的一端相連。積分晶體管Tr1由P溝道MOS晶體管(下文中簡稱為Pch晶體管)組成,并且積分晶體管Tr2由N溝道MOS晶體管(下文中簡稱為Nch晶體管)組成。將RCLK信號(hào)饋入積分晶體管Tr1和Tr2的公共柵極。
切換積分晶體管Tr3和Tr4,用于以交替方式使電容器C2和C4充電和放電,并且積分晶體管Tr3和積分晶體管Tr4的公共漏極與信號(hào)線S2的一端相連。積分晶體管Tr3由Pch晶體管組成,并且積分晶體管Tr2由Nch晶體管組成。將FCLK信號(hào)饋入積分晶體管Tr3和Tr4的公共柵極。
偏置晶體管Tr5和Tr6是用于使偏置電流I1和I2流動(dòng)的晶體管。因?yàn)槠镁w管Tr5是Pch晶體管,并且一直將BiasP信號(hào)施加到其柵極,偏置晶體管Tr5用作用于提供共源極電流I1的恒定電流源。因?yàn)槠镁w管Tr6是Nch晶體管,并且一直將BiasN信號(hào)施加到其柵極,偏置晶體管Tr6用作用于提供共源極電流I2的恒定電流源。在本實(shí)施例中,電容器的放電大于這些電容器的充電,因此將偏置晶體管Tr6的共源極電流I2設(shè)置為稍大于偏置晶體管Tr5的共源極電流I1。更具體地,I1∶I2=2∶3。
在這樣配置的占空比檢測電路100的主電路單元110中,由電容器C1和C3、積分晶體管Tr1和Tr2以及偏置晶體管Tr5和Tr6組成的電路構(gòu)成了RCLK信號(hào)的積分電路;并且由電容器C2和C4、積分晶體管Tr3和TR4以及偏置晶體管Tr5和Tr6組成的電路構(gòu)成了FCLK信號(hào)的積分電路。
圖3是主要示出了預(yù)充電單元140和外圍區(qū)域的電路圖。
預(yù)充電單元140主要由用于預(yù)充電電容器C1和C2的第一和第二預(yù)充電晶體管Tr7和Tr8組成。下文中將給出詳細(xì)描述,但是在本實(shí)施例中,預(yù)充電晶體管Tr7和Tr8由Nch晶體管組成,每一個(gè)信號(hào)線S1和S2經(jīng)由預(yù)充電晶體管Tr7和Tr8與電源VDD相連。因此,當(dāng)將PreT信號(hào)饋入預(yù)充電晶體管Tr7和Tr8的柵極以建立“導(dǎo)通”狀態(tài)時(shí),將分別與信號(hào)線S1和S2相連的電容器C1和C2從電源VDD電勢充電到通過減去預(yù)充電晶體管Tr7和Tr8的閾值電壓(Vt)而獲得的電勢(VDD-Vt)。相反地,在兩端將電容器C3和C4充電到電勢Vt。因?yàn)殡娙萜鰿3和C4的充電電平一直與電容器C1和C2的充電電平互補(bǔ),下文中僅描繪電容器C1和C2的狀態(tài),而不描述電容器C3和C4的狀態(tài)。
因?yàn)橐韵略?,Nch晶體管被用于預(yù)充電晶體管Tr7和Tr8。當(dāng)在占空比檢測工作中僅放電電容器(如傳統(tǒng)技術(shù)所述)時(shí),優(yōu)選地通過使用Pch預(yù)充電晶體管來執(zhí)行到電源VDD的最大電平的預(yù)充電。然而,當(dāng)除了放電之外還充電晶體管(如本實(shí)施例所述)時(shí),即使在放掉電容器的電荷之后開始占空比檢測工作,在時(shí)鐘信號(hào)的占空比逐漸達(dá)到50%的處理中,首先施加較小的充電并隨后開始放電。在這種情況下,當(dāng)將電容器的預(yù)充電電平設(shè)置為電源VDD的最大電平時(shí),不可能接收與該稍微的電勢增加相對(duì)應(yīng)的部分。因此,在本實(shí)施例中,通過將DB信號(hào)和REF信號(hào)的預(yù)充電電平設(shè)置為比電源VDD的電平低與Nch晶體管的閾值相等的值,即設(shè)置為VDD-Vt電平,克服了這種缺點(diǎn)。
設(shè)置了預(yù)充電單元140的晶體管Tr9和Tr10,以便通過短路兩個(gè)信號(hào)線S1和S2產(chǎn)生電荷平衡。晶體管Tr9由Nch晶體管組成,并將PreT信號(hào)輸入其柵極。晶體管Tr10由Pch晶體管組成,并將PreT信號(hào)經(jīng)由反相器INV1輸入其柵極。
圖4是主要示出了轉(zhuǎn)移控制器150和外圍區(qū)域的電路圖。
轉(zhuǎn)移控制器150由激活晶體管Tr11至Tr14組成,激活晶體管Tr11至Tr14用于允許與信號(hào)線S1和S2相連的電容器C1至C4(參見圖1和其他附圖)的充電和放電。將激活晶體管Tr11和Tr12設(shè)置在信號(hào)線S1上。激活晶體管Tr11由Nch晶體管組成,并且激活晶體管Tr12由Pch晶體管組成。將激活信號(hào)RActT輸入激活晶體管Tr11的柵極,并將RActT信號(hào)經(jīng)由反相器INV2輸入激活晶體管Tr12的柵極。按照這種配置,在RActT信號(hào)變?yōu)橛行?高電平)的時(shí)刻,信號(hào)線S1變?yōu)槭鼓軤顟B(tài),并且通過積分晶體管Tr1和Tr2的切換動(dòng)作,充電和放電電容器C1和C3。
將激活晶體管Tr13和Tr14設(shè)置在信號(hào)線S2上。激活晶體管Tr13由Nch晶體管組成,并且激活晶體管Tr14由Pch晶體管組成。將激活信號(hào)FActT輸入激活晶體管Tr13的柵極,并將FActT信號(hào)經(jīng)由反相器INV3輸入激活晶體管Tr14的柵極。按照這種配置,在TActT信號(hào)變?yōu)橛行?高電平)的時(shí)刻,信號(hào)線S2變?yōu)槭鼓軤顟B(tài),并且通過積分晶體管Tr3和Tr4的切換動(dòng)作,充電和放電電容器C1和C3。這樣配置的轉(zhuǎn)移控制器150能夠獨(dú)立地控制電容器C1和C3的充電和放電以及電容器C2和C4的充電和放電。
激活晶體管Tr11和Tr12為“導(dǎo)通”的時(shí)間周期(RCLK采樣周期)是RActT信號(hào)變?yōu)橛行?高電平)的周期,并且優(yōu)選地被設(shè)置為時(shí)鐘信號(hào)的周期T的整數(shù)倍(=nT;其中n是非負(fù)數(shù))。當(dāng)RCLK采樣周期太短時(shí),因?yàn)椴荒軌虮3諨B信號(hào)和REF信號(hào)之間的電勢差,不能夠充分地放電電容器C1。當(dāng)RCLK采樣周期太長時(shí),因?yàn)镽EF信號(hào)的電勢會(huì)落在放大器120的工作范圍之外,REF信號(hào)的電勢降低過多。因此,考慮到上述原因,必須將RCLK采樣周期設(shè)置為適當(dāng)?shù)闹?。本?shí)施例中的RCLK采樣周期被設(shè)置為2T。按照相同的方式,同樣優(yōu)選地將FCLK采樣周期設(shè)置為時(shí)鐘信號(hào)的周期T的整數(shù)倍,并且在本實(shí)施例中設(shè)置為2T。當(dāng)將信號(hào)線S1和S2至少之一被激活的周期定義為“積分運(yùn)算周期”時(shí),本實(shí)施例中的積分運(yùn)算時(shí)間變?yōu)?.5T。
此外,在本實(shí)施例中,F(xiàn)ActT信號(hào)比RActT信號(hào)晚半個(gè)周期變?yōu)橛行В⑶冶萊CLK采樣周期晚半個(gè)周期啟動(dòng)FCLK采樣周期。分別與RCLK信號(hào)和FCLK信號(hào)同步地充電和放電電容器C1和C2。然而,當(dāng)RCLK采樣周期和FCLK采樣周期同步時(shí),電容器C1和C2之一開始放電操作,并且另一個(gè)開始充電操作。結(jié)果,偏置晶體管Tr5和Tr6的漏極源極電壓VDS由于就在采樣周期開始之后的充電電平差而改變,影響偏置電流I1和I2。從而改變了電荷離開電容器C1和C2的方式,并且不可能執(zhí)行合理的判斷。
圖5A至5D是用于提供延遲FCLK采樣半個(gè)周期的原因的更詳細(xì)描述的波形圖。
如圖5A所示,當(dāng)同時(shí)啟動(dòng)RCLK信號(hào)和FCLK信號(hào)的采樣時(shí),電容器C1中的采樣從放電開始,并且電容器C2中的采樣從充電開始。在這種配置中,由偏置晶體管Tr5和Tr6的柵極源極電壓VGS判斷管理電容器C1和C2的充電速率的共源極電流(偏置電流)I1和管理電容器的放電速率的共源極電流I2。然而,由于小于VGS的作用的偏置晶體管的漏極源極電壓VDS的作用,共源極電流產(chǎn)生波動(dòng)。
更具體地,如圖5B所示,在從首先進(jìn)行充電然后放電的電容器C2輸出的DB信號(hào)的情況下,由于VDS的增加,共源極電流IGS增加。相反地,在從最初進(jìn)行放電的電容器C1輸出的REF信號(hào)的情況下,因?yàn)閂DS沒有增加,共源極電流IDS不會(huì)增加。因此VDS根據(jù)最初電容器C1和C2進(jìn)行放電時(shí)的充電電平差而改變,由此IDS同樣改變。因此放電條件改變,并且不能執(zhí)行可靠的判斷。
相反地,當(dāng)如圖5C所示,RCLK采樣周期和FCLK采樣周期的開始時(shí)刻偏移半個(gè)周期時(shí),電容器C1和C2都從放電開始。在這種情況下,因?yàn)閷?duì)于兩者VDS具有相同的電平,如圖5D所示,同樣共源極電流IDS沒有變化。因此,在本實(shí)施例中,避免了當(dāng)電容器C1和C2第一次放電時(shí)充電電平波動(dòng),放電條件相同,并且可以進(jìn)行可靠的判斷。因此相對(duì)于RCLK采樣周期,使FCLK采樣周期的開始時(shí)刻延遲半個(gè)周期。
如圖1所示,主電路單元110的最終輸出與DB信號(hào)和REF信號(hào)之間的電勢差相等,DB信號(hào)是與電容器C2和C4相連的信號(hào)線S2的電勢,REF信號(hào)是與電容器C1和C3相連的信號(hào)線S1的電勢。換句話說,可以認(rèn)為主電路單元110是RCLK信號(hào)處于高電平的周期和FCLK信號(hào)處于高電平的周期之間的差的電壓變換的差分電路。這些電勢差由放大器120放大,并且由鎖存電路130鎖存,從而獲得1比特?cái)?shù)字信號(hào)的DCC信號(hào)(占空比檢測信號(hào))。同樣如圖9所示,該DCC信號(hào)被輸出點(diǎn)DLL電路中的延遲計(jì)數(shù)器控制器,延遲計(jì)數(shù)器控制器根據(jù)該輸入控制延遲計(jì)數(shù)器,并且使RCLK信號(hào)和FCLK信號(hào)的占空比接近50%。在DLL電路的工作周期期間,重復(fù)地執(zhí)行這種占空比檢測操作。
參考工作波形6來詳細(xì)描述這樣配置的占空比檢測電路100的工作。
如圖6所示,當(dāng)在時(shí)刻t1,PreT信號(hào)首先變?yōu)橛行?高電平)時(shí),預(yù)充電晶體管Tr7至Tr1O都變?yōu)椤皩?dǎo)通”狀態(tài)。因此,開始從電源VDD的饋送充電。因?yàn)榇藭r(shí)FActT信號(hào)和RActT信號(hào)都是無效的(低電平),并且激活晶體管Tr11至Tr14都處于“截止”狀態(tài),通過晶體管Tr2或晶體管Tr6到地GND的電流通路被阻塞。因此,所有電荷從電源VDD流到電容器C1至C4,并因此預(yù)充電了電容器C1和C2。然后,當(dāng)在時(shí)刻t2,PreT信號(hào)變?yōu)闊o效的(低電平)時(shí),預(yù)充電晶體管Tr7至Tr10都變?yōu)椤敖刂埂睜顟B(tài),并且停止從電源VDD的電荷饋送。
當(dāng)隨后在時(shí)刻t3,RActT信號(hào)變?yōu)橛行?高電平)時(shí),激活晶體管Tr11和Tr12都變?yōu)椤皩?dǎo)通”狀態(tài)。因此開始電容器C1的充電和放電。此時(shí),因?yàn)樵赗CLK信號(hào)是有效(高電平)的周期內(nèi)積分晶體管Tr1“截止”并且積分晶體管Tr2“導(dǎo)通”,釋放了在電容器C1中積累的電荷。此外,因?yàn)樵赗CLK信號(hào)是無效(低電平)的周期內(nèi)積分晶體管Tr1“導(dǎo)通”并且積分晶體管Tr2“截止”,對(duì)電容器C1進(jìn)行充電。因此根據(jù)RCLK信號(hào)以交替方式重復(fù)地充電和放電電容器C1。然而,因?yàn)獒槍?duì)放電側(cè)的共源極電流I2,設(shè)置了比充電側(cè)的共源極電流I1更大的電流量,隨著充電和放電的重復(fù),電容器C1中的電荷量逐漸減少。
于是,當(dāng)在比時(shí)刻t3延遲了RCLK信號(hào)(或FCLK信號(hào))的半個(gè)周期的時(shí)刻t4,F(xiàn)ActT信號(hào)變?yōu)橛行?高電平)時(shí),激活晶體管Tr13和Tr14都變?yōu)椤皩?dǎo)通”狀態(tài)。因此以與電容器C1相同的方式開始電容器C2的充電和放電。此時(shí),因?yàn)樵贔CLK信號(hào)是有效(高電平)的周期內(nèi)積分晶體管Tr3“截止”并且積分晶體管Tr4“導(dǎo)通”,釋放了電容器C2中積累的電荷。此外,因?yàn)樵贔CLK信號(hào)是無效(低電平)的周期內(nèi)積分晶體管Tr3“導(dǎo)通”并且積分晶體管Tr4“截止”,對(duì)電容器C2進(jìn)行充電。因此根據(jù)FCLK信號(hào)以交替方式重復(fù)地充電和放電電容器C2。然而,因?yàn)閷?duì)于放電側(cè)的共源極電流I2比充電側(cè)的共源極電流I1設(shè)置了更大的電流量,隨著充電和放電的重復(fù),電容器C2中的電荷量逐漸減少。
因?yàn)樵谶@種設(shè)置中RCLK信號(hào)和FCLK信號(hào)互補(bǔ),當(dāng)電容器C2充電時(shí)電容器C1放電,當(dāng)電容器C1放電時(shí)電容器C2充電,并且以交替方式執(zhí)行充電和放電。在經(jīng)過了特定時(shí)間周期(本實(shí)施例中為2T時(shí)間周期)的時(shí)刻t5,RActT信號(hào)變?yōu)闊o效(低電平),并隨后在延遲半個(gè)周期的時(shí)刻t6,F(xiàn)ActT信號(hào)變?yōu)闊o效(低電平)。從而結(jié)束了整個(gè)積分運(yùn)算周期,并且完成了充電和放電電容器C1和C2的操作。
然后,在時(shí)刻t6,JdgT信號(hào)變?yōu)橛行?高電平),并且此時(shí)放大器120接收DB信號(hào)和REF信號(hào)。然后,由鎖存電路130接收這些信號(hào)之間的電勢差。然后鎖,將存電路130的輸出作為DCC信號(hào)饋入DLL電路中的延遲計(jì)數(shù)器控制器。在DLL電路工作的周期期間重復(fù)地執(zhí)行上述操作。從而DLL電路可以使時(shí)鐘信號(hào)的占空比穩(wěn)定到接近50%。
如上所述,通過本實(shí)施例的占空比檢測電路100,不僅在RCLK信號(hào)和FCLK信號(hào)是有效的時(shí)放電了電容器C1和C2,而且在RCLK信號(hào)和FCLK信號(hào)是無效的時(shí)充電了電容器C1和C2,并且以交替的方式執(zhí)行電容器C1和C2的充電和放電。因此可以抑制判斷期間的DB信號(hào)和REF信號(hào)的電平的較寬變化。因?yàn)殡娙萜鞯某潆姾头烹娮饔弥饾u放大了DB信號(hào)和REF信號(hào)之間的電勢差,即使占空比稍微偏離50%時(shí)也可以增加DB信號(hào)和REF信號(hào)之間的電勢差。具體地,在判斷期間在使DB信號(hào)和REF信號(hào)電平的顯著減少最小化的同時(shí)可以充分地保持DB信號(hào)和REF信號(hào)之間的電勢差。
按照本實(shí)施例,因?yàn)镽CLK信號(hào)的采樣周期和FCLK信號(hào)的采樣周期偏離半個(gè)周期,在電容器C2和C1的充電和放電條件中沒有本質(zhì)差別。因此,按照DB信號(hào)和REF信號(hào)的電勢,可以獲得反映占空比的正確電勢。
按照本實(shí)施例,Nch晶體管被用作預(yù)充電單元140的預(yù)充電晶體管TR7和Tr8,并且在預(yù)充電期間電容器C1和C2的預(yù)充電電平被設(shè)置為低于電源VDD的最大電平的電平。因此,即使在通過占空比檢測操作充電電容器C1和C2時(shí),也不會(huì)發(fā)生飽和,以及電勢增加超過原始預(yù)充電電平。
圖7是示出了電容器C1至C4的另一個(gè)實(shí)施例的電路圖。
如圖7所示,優(yōu)選地將柵極電容器用作電容器C1至C4,其中,優(yōu)選地將Nch柵極電容器用作電容器C1和C2,以及將Pch柵極電容器用作電容器C3和C4。在本實(shí)施例中,因?yàn)閳?zhí)行了電容器的充電和放電,DB信號(hào)或REF信號(hào)的電勢明顯地波動(dòng),并且在一些情況下,短暫地靠近負(fù)電勢。當(dāng)按照這種方式電勢減少非常大時(shí),Nch柵極電容器的溝道變?yōu)椤敖刂埂?,并且明顯地降低電容器性能。在這種情況下,Pch柵極電容器以輔助方式工作,以便補(bǔ)償Nch柵極電容器的不足。
圖8是示出了轉(zhuǎn)移控制器的另一個(gè)實(shí)施例的電路圖。按照與圖4相同的方式,F(xiàn)CLK信號(hào)側(cè)的轉(zhuǎn)移控制器的電路結(jié)構(gòu)與RCLK信號(hào)側(cè)的電路結(jié)構(gòu)相同。因此,此處僅描述RCLK信號(hào)側(cè),并且省略FCLK信號(hào)側(cè)的描述。
如圖8所示,本實(shí)施例與圖4所示的轉(zhuǎn)移控制器150的不同之處在于將RCLK信號(hào)經(jīng)由轉(zhuǎn)移控制器160輸入晶體管Tr1和Tr2。該轉(zhuǎn)移控制器160主要由或門161和與門162組成。或門161的輸出端與晶體管Tr1的柵極相連,并且與門162的輸出端與晶體管Tr2的柵極相連。將RCLK信號(hào)及其延遲信號(hào)以及經(jīng)由反相器INV4的RActT信號(hào)引入或門161。由延遲電路163產(chǎn)生RCLK信號(hào)的延遲信號(hào)。將這些信號(hào)的邏輯和饋入晶體管Tr1的柵極。因此,即使在RCLK信號(hào)和RActT信號(hào)的上升沿互相稍有偏離,可以使每一個(gè)的時(shí)序同步,并且可以導(dǎo)通柵極。將RCLK信號(hào)及其延遲信號(hào)輸入與門162,并且還將RActT信號(hào)直接輸入與門162。將這些信號(hào)的邏輯乘積饋入晶體管Tr2的柵極。因此,即使在RCLK信號(hào)和RActT信號(hào)的上升沿互相稍有偏離時(shí),可以使每一個(gè)的時(shí)序同步,并且可以導(dǎo)通柵極。
如上所述,利用本實(shí)施例的轉(zhuǎn)移控制器160,可以可靠地建立RCLK信號(hào)和RActT信號(hào)之間的時(shí)序以及FCLK信號(hào)和FActT信號(hào)之間的時(shí)序。因此,可以沒有誤差地執(zhí)行積分運(yùn)算,并且可以執(zhí)行高精確度的占空比檢測。因?yàn)椴辉傩枰谛盘?hào)線S1和S2之間設(shè)置轉(zhuǎn)移控制器,按照DB信號(hào)和REF信號(hào)的電勢,可以獲得更正確的占空比反映電勢。
盡管上述描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例,然而本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制,并且各種修改也是在本發(fā)明的目的范圍內(nèi)的。顯而易見的是本發(fā)明同樣包括這些修改。
例如,在上述實(shí)施例中,在放電之后啟動(dòng)[操作],但是還可以在充電之后啟動(dòng)[操作]。在預(yù)充電電平的設(shè)置中應(yīng)該考慮電容器的充電和放電的平衡;例如,當(dāng)偏置電流I1和I2相等時(shí)可以將預(yù)充電電平設(shè)置為VDD/2。
在上述實(shí)施例中,兩個(gè)電容器C2和C4與信號(hào)線S2相連,并且兩個(gè)電容器C1和C3與信號(hào)線S1相連,然而可以省略電容器C3和C4。當(dāng)省略電容器C3和C4時(shí),通過積分周期期間電容器C1和C2的充電量來檢測占空比誤差。
在上述實(shí)施例中還描述了以下情況放大器120和鎖存電路130組成了用于檢測第一和第二電容器C1和C2之間的電勢差并且根據(jù)檢測到的電勢差產(chǎn)生占空比校正信號(hào)的占空比校正信號(hào)產(chǎn)生器。然而,占空比校正信號(hào)產(chǎn)生器不局限于這種配置,可以呈現(xiàn)為各種形式。
權(quán)利要求
1.一種用于檢測時(shí)鐘信號(hào)的占空比并根據(jù)占空比產(chǎn)生占空比校正信號(hào)的占空比檢測電路,所述占空比檢測電路包括主電路單元,至少包括第一電容器,在時(shí)鐘信號(hào)處于高電平的時(shí)間周期期間進(jìn)行放電,并且在時(shí)鐘信號(hào)處于低電平的時(shí)間周期期間進(jìn)行充電;以及第二電容器,在時(shí)鐘信號(hào)處于高電平的時(shí)間周期期間進(jìn)行充電,并且在時(shí)鐘信號(hào)處于低電平的時(shí)間周期期間進(jìn)行放電,主電路單元與時(shí)鐘信號(hào)同步地交替充電或放電第一和第二電容器;以及占空比校正信號(hào)產(chǎn)生器,用于檢測第一和第二電容器的電勢差,并根據(jù)電勢差輸出占空比校正信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的占空比檢測電路,其中,主電路單元包括第一積分晶體管,用于允許在時(shí)鐘信號(hào)處于低電平的時(shí)間周期期間充電第一電容器;第二積分晶體管,用于允許在時(shí)鐘信號(hào)處于高電平的時(shí)間周期期間放電第一電容器;第三積分晶體管,用于允許在時(shí)鐘信號(hào)處于高電平的時(shí)間周期期間充電第二電容器;第四積分晶體管,用于允許在時(shí)鐘信號(hào)處于低電平的時(shí)間周期期間放電第二電容器;第一偏置晶體管,用于通過定義流過第一和第三積分晶體管的偏置電流量,設(shè)置充電第一和第二電容器的速率;以及第二偏置晶體管,用于通過定義流過第二和第四積分晶體管的偏置電流量,設(shè)置放電第一和第二電容器的速率。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的占空比檢測電路,其中,第一和第三積分晶體管和第一偏置晶體管由P溝道MOS晶體管組成;以及第二和第四晶體管和第二偏置晶體管由N溝道MOS晶體管組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的占空比檢測電路,其中,由第二偏置晶體管設(shè)置的偏置電流量大于由第一偏置晶體管設(shè)置的偏置電流量。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的占空比檢測電路,其中,第一偏置晶體管的偏置電流與第二偏置晶體管的偏置電流的比被設(shè)置為2∶3。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的占空比檢測電路,還包括轉(zhuǎn)移控制器,用于允許在與時(shí)鐘信號(hào)同步的預(yù)定時(shí)刻充電和放電第一和第二電容器。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的占空比檢測電路,還包括轉(zhuǎn)移控制器,用于允許在與時(shí)鐘信號(hào)同步的預(yù)定時(shí)刻充電和放電第一和第二電容器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的占空比檢測電路,其中,轉(zhuǎn)移控制器允許在時(shí)鐘信號(hào)的周期的整數(shù)倍期間充電和放電第一和第二電容器。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的占空比檢測電路,其中,轉(zhuǎn)移控制器至少根據(jù)由激活信號(hào)、時(shí)鐘信號(hào)及其延遲信號(hào)產(chǎn)生的邏輯信號(hào),允許充電和放電第一和第二電容器。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的占空比檢測電路,其中,轉(zhuǎn)移控制器被配置為能夠允許第一電容器的充電和放電與第二電容器的充電和放電獨(dú)立地發(fā)生。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的占空比檢測電路,其中,轉(zhuǎn)移控制器使允許第一電容器的充電和放電的時(shí)間周期與允許第二電容器的充電和放電的時(shí)間周期互相偏移半個(gè)時(shí)鐘信號(hào)周期。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的占空比檢測電路,其中,轉(zhuǎn)移控制器在啟動(dòng)第一電容器的充電和放電之后的半個(gè)時(shí)鐘信號(hào)周期處啟動(dòng)第二電容器的充電和放電。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的占空比檢測電路,還包括預(yù)充電單元,用于在低于預(yù)定電源電平的較低電平處預(yù)充電第一和第二電容器。
14.根據(jù)權(quán)利要求6所述的占空比檢測電路,還包括預(yù)充電單元,用于在低于預(yù)定電源電平的較低電平處預(yù)充電第一和第二電容器。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的占空比檢測電路,其中,預(yù)充電單元包括第一預(yù)充電晶體管,連接在預(yù)定電源和第一電容器之間;以及第二預(yù)充電晶體管,連接在預(yù)定電源和第二電容器之間;以及第一和第二預(yù)充電晶體管均由N溝道MOS晶體管組成。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的占空比檢測電路,還包括第三電容器,與第一電容器相對(duì)應(yīng)地設(shè)置;以及第四電容器,與第二電容器相對(duì)應(yīng)地設(shè)置;其中,第一和第二電容器由N溝道MOS柵極電容器組成;以及第三和第四電容器由P溝道MOS柵極電容器組成。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的占空比檢測電路,還包括第三電容器,與第一電容器相對(duì)應(yīng)地設(shè)置;以及第四電容器,與第二電容器相對(duì)應(yīng)地設(shè)置;其中,第一和第二電容器由N溝道MOS柵極電容器組成;以及第三和第四電容器由P溝道MOS柵極電容器組成。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的占空比檢測電路,其中占空比校正信號(hào)產(chǎn)生器包括放大器,用于放大第一和第二電容器的電勢差;以及鎖存電路,用于根據(jù)放大器的輸出,產(chǎn)生占空比校正信號(hào)。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的占空比檢測電路,其中占空比校正信號(hào)產(chǎn)生器包括放大器,用于放大第一和第二電容器的電勢差;以及鎖存電路,用于根據(jù)放大器的輸出,產(chǎn)生占空比校正信號(hào)。
20.一種用于控制根據(jù)權(quán)利要求1所述的占空比檢測電路的方法,包括在與時(shí)鐘信號(hào)同步的預(yù)定時(shí)刻,啟動(dòng)第一電容器的充電和放電;以及在比啟動(dòng)第一電容器的充電和放電的時(shí)刻晚半個(gè)時(shí)鐘信號(hào)周期的時(shí)刻,啟動(dòng)第二電容器的充電和放電。
全文摘要
一種占空比檢測電路,具有主電路單元,主電路單元至少包括第一電容器,在時(shí)鐘信號(hào)處于高電平的時(shí)間周期期間進(jìn)行放電,并且在時(shí)鐘信號(hào)處于低電平的時(shí)間周期期間進(jìn)行充電;以及第二電容器,在時(shí)鐘信號(hào)處于高電平的時(shí)間周期期間進(jìn)行充電,并且在時(shí)鐘信號(hào)處于低電平的時(shí)間周期期間進(jìn)行放電,主電路單元與時(shí)鐘信號(hào)同步地交替充電或放電第一和第二電容器;以及占空比校正信號(hào)產(chǎn)生器,用于檢測第一和第二電容器的電勢差,并根據(jù)電勢差輸出占空比校正信號(hào)。
文檔編號(hào)H03K3/00GK1848687SQ20061007471
公開日2006年10月18日 申請(qǐng)日期2006年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月15日
發(fā)明者北山誠 申請(qǐng)人:爾必達(dá)存儲(chǔ)器股份有限公司