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一種數(shù)字延時鎖定環(huán)電路的制作方法

文檔序號:7522196閱讀:160來源:國知局
專利名稱:一種數(shù)字延時鎖定環(huán)電路的制作方法
技術領域
本發(fā)明涉及信號相位偏移技術領域,是現(xiàn)場可編程門陣列中DDR控制器DQS信號的一種快速鎖定數(shù)字延時鎖定環(huán)電路。
背景技術
現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)是一種大規(guī)??删幊唐骷?,由可編程邏輯模塊(CLB)、連線資源、輸入輸出模塊(IOB)構成。其中輸入輸出模塊為DDR控制器提供專用的數(shù)據(jù)選擇脈沖信號(DQS)和數(shù)據(jù)信號(DQ)。在FPGA的DDR SDRAM控制器中,DQS信號和DQ數(shù)據(jù)信號是由DDR SDRAM存儲器芯片產生,并采用源同步的方式伴隨傳送的,需要采用延時鎖定環(huán)對DQS信號相移90度使其上升和下降沿落在DQ的中心以保證采樣的正確性。圖I表示一典型的數(shù)字延時鎖定環(huán)電路框圖。圖I的延時鎖定環(huán)包括分頻器、一鑒相器、一計數(shù)器以及一延時鏈。延時鏈包括級聯(lián)連接的相同結構的四個延時單元。分頻器對外部輸入時鐘和反饋時鐘進行分頻,產生分頻信號送給鑒相器。鑒相器檢測反饋分頻時鐘和輸入分頻時鐘信號的相位差。如果反饋分頻時鐘的相位超前于輸入分頻時鐘,則產生上升信號UP,相反如果反饋分頻時鐘的相位滯后于輸入分頻時鐘,則產生下降信號DOWN。計數(shù)器根據(jù)UP和DOWN進行計數(shù),并產生一個η位的控制字CON控制數(shù)字控制延時鏈的延時量。數(shù)字控制延時鏈是延時鎖定環(huán)中的一個關鍵部件,它由不同的數(shù)字控制字來為數(shù)字控制延時鏈產生不同的延時量。數(shù)控延時鏈采用粗調節(jié)單元和精調節(jié)單元級聯(lián)的方法提高延時鏈的延時精度。粗調節(jié)單元由緩沖器鏈組成,由緩沖器的本征延時作為延時步長;精調節(jié)單元利用緩沖器的負載電容或者負載電阻的變化細微的延時步長。由于傳統(tǒng)的延時鎖定環(huán)采用計數(shù)器和分頻器調整數(shù)字控制延時鏈的延時量,需要很長的周期數(shù)完成延時鎖定環(huán)的鎖定。同時,傳統(tǒng)延時鎖定環(huán)可能鎖定在數(shù)倍時鐘周期上,造成延時鎖定環(huán)的錯誤鎖定(False Lock)。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種快速鎖定數(shù)字延時鎖定環(huán)電路,為DDR控制器的DQS提供精確的90°相移信號,它具有快速鎖定和避免環(huán)路錯誤鎖定的特性,克服了現(xiàn)有技術的缺陷。為了達到上述目的,本發(fā)明的技術解決方案是一種快速鎖定數(shù)字延時鎖定環(huán)電路,包括鑒相器、數(shù)字控制延時鏈、計數(shù)器;其還包括占空比調整電路、數(shù)字時間轉換器、復制延時單兀;占空比調整電路輸入接參考時鐘,輸出分別與數(shù)字控制延時鏈、精調鑒相器、數(shù)字時間轉換器、移位計數(shù)器的輸入端電連接;精調鑒相器輸出接移位計數(shù)器的另一輸入端;數(shù)字時間轉換器輸出接編碼器輸入,編碼器、移位計數(shù)器的輸出分別接數(shù)字控制延時鏈、復制延時單元的另兩個輸入端,數(shù)字控制延時鏈、復制延時單元的另兩個輸入端間,相互連接,雙向通訊;數(shù)字控制延時鏈的輸出與精調鑒相器的另一輸入端電連接;復制延時單元輸入接脈沖信號,輸出相移后的脈沖信號;其中,數(shù)字時間轉換器、編碼器,移位計數(shù)器組成數(shù)字延時鎖定環(huán)的控制邏輯,為數(shù)字控制延時鏈、復制延時單元提供數(shù)字控制碼。所述的數(shù)字延時鎖定環(huán)電路,其所述數(shù)字控制延時鏈,包括至少四級相同的延時單元,每個延時單元均由相同的控制來控制,具有相同的延時量;每級延時單元內包括一粗調延時單元和一精調延時單元,粗調延時單元和精調延時單元串聯(lián)設置;編碼器、移位計數(shù)器的輸出分別接數(shù)字控制延時鏈的另兩個輸入端,是編碼器輸出接每級延時單元內的粗調延時單元輸入,移位計數(shù)器輸出接每級延時單元內的精調延時單元輸入。
所述的數(shù)字延時鎖定環(huán)電路,其所述數(shù)字控制延時鏈、復制延時單元的另兩個輸入端間,相互連接,雙向通訊,是復制延時單元的另兩個輸入端,分別與每級延時單元內的粗調延時單元輸入、精調延時單元輸入電連接,雙向通訊。所述的數(shù)字延時鎖定環(huán)電路,其所述粗調延時單元,由多路選擇器級聯(lián)的方式實現(xiàn),粗調延時單元的結構輸入端的負載不隨延時級數(shù)的變化而變化,同時因其結構的規(guī)律性,能根據(jù)不同的延時范圍要求選擇延時鏈的級數(shù);精調延時單元為多個緩沖器的串聯(lián),通過增加或減小緩沖器的驅動能力來改變延時單元的延時量。所述的數(shù)字延時鎖定環(huán)電路,其所述數(shù)字時間轉換器,包括脈沖產生器、本征延時鏈、寄存器、TDC延時鏈及編碼器;脈沖產生器的輸入端接參考時鐘,在參考時鐘的第一個時鐘周期上升沿產生一個PULSE_START信號,在第二個時鐘周期上升沿產生一個TOLSE_END信號,兩個信號間隔一個時鐘周期;PULSE_START信號輸入到本征延時鏈,輸出信號TDC_IN
,再經過TDC延時鏈的單元TDU,依次得到的延時信號分別輸入到寄存器的數(shù)據(jù)端,PULSE_END信號輸入到寄存器的時鐘端進行采樣,寄存器采樣后的結果送到編碼器,經過編碼器得到粗調節(jié)延時鏈的控制字,再由編碼器轉換器轉成粗調節(jié)延時單元的控制碼值。所述的數(shù)字延時鎖定環(huán)電路,其所述本征延時鏈包括至少四個串聯(lián)的精調節(jié)延時單元,其延時為數(shù)字控制延時鏈的最小延時;TDC延時鏈包括至少十六個串聯(lián)的延時單元TDU,每個延時單元包括至少四個粗調延時單元中的多路選擇器,每個延時單元的延時是粗調延時鏈的延時步長。所述的數(shù)字延時鎖定環(huán)電路,其所述復制延時單元,與數(shù)字控制延時鏈的一個延時單元相同,包括串聯(lián)的粗調、精調延時單元結構,復制延時單元負責DQS信號的相移,其延時量約為輸入時鐘周期的四分之一。所述的數(shù)字延時鎖定環(huán)電路,其所述精調鑒相器,為交叉耦合RS鎖存器結構,用于檢測輸入時鐘和反饋時鐘信號之間的相位差,并產生超前或滯后信號;三個精調鑒相器并聯(lián)構成鑒相及鎖定檢測電路,還包括兩個延時量可控的緩沖器Dl、D2,緩沖器Dl控制端接低電平,緩沖器D2控制端接高電平,At是緩沖器Dl和D2的延時量的差值。所述的數(shù)字延時鎖定環(huán)電路,其所述移位計數(shù)器,包括20個串聯(lián)的計數(shù)器單元,產生20位的控制碼控制精調節(jié)延時鏈;移位計數(shù)器是一個雙向的移位計數(shù)器,產生的控制碼為熱溫度計碼,移位計數(shù)器每次的狀態(tài)跳變只會有一位碼值發(fā)生變化,避免了在狀態(tài)跳轉過程中精調節(jié)延時鏈輸出信號的抖動以及延時突變。所述的數(shù)字延時鎖定環(huán)電路,其所述計數(shù)器單元,包括一個D觸發(fā)器、兩個與非門和一個反相器,Qn是當前位的輸出狀態(tài)值,當時鐘信號Clk上升沿觸發(fā)時,如果鑒相結果UP/DOWN為低電平,則把前一位的狀態(tài)qiri傳給qn ;如果鑒相結果UP/DOWN為高電平,則把后一位的狀態(tài)qn+1傳給qn。所述的數(shù)字延時鎖定環(huán)電路,其鎖定過程分為三部分,粗調節(jié)的鎖定、精調節(jié)的鎖定和狀態(tài)保持,鎖定周期小于17時鐘周期,鎖定邏輯的鎖定窗口大小為2At。所述的數(shù)字延時鎖定環(huán)電路,其所述鎖定過程的三部分a)粗調節(jié)鎖定當輸入?yún)⒖紩r鐘CLK_IN到數(shù)字延時鎖定環(huán)后,經過占空比調整電路產生占空比接近50%的參考時鐘CLK_REF,該時鐘送到數(shù)字控制延時鏈、TDC及移位計數(shù)器;TDC在一個時鐘周期內完成粗調節(jié)的鎖定,產生粗調節(jié)延時單元的控制碼C_Code[15:O];在完成粗調節(jié)鎖定后,TDC產生一個控制信號,啟動精調精調鑒相器和移位計數(shù)器,延時鎖定環(huán)(DLL)進入精調節(jié)的過程; 在粗調節(jié)鎖定完成后,參考時鐘和數(shù)字控制延時鏈的輸出CLK360之間的相位誤差小于一級粗延時單元的延時量;b)精調節(jié)的鎖定數(shù)字控制延時鏈各單元的輸出延遲相移,分別為輸入時鐘的90。、180。、270。、360。;其中360°相移信號CLK360被送到精調鑒相器的輸入端,作為精調鑒相器的鑒相比較;精調鑒相器比較信號CLK360與輸入時鐘CLK_REF的相位關系,產生UP或者DOWN信號送入移位計數(shù)器,控制移位計數(shù)器的移位方向,從而改變移位計數(shù)器輸出的控制字的碼值,控制精調節(jié)延時鏈的延遲時間增加或減少,以同步CLK360和CLK_REF直到它們的相位差在一定范圍內,然后由控制邏輯產生一個鎖定信號,此時精調節(jié)被鎖定;c)精調節(jié)被鎖定后,數(shù)字延時鎖定環(huán)進入保持狀態(tài),進入保持狀態(tài)后,粗調節(jié)控制碼C_Code[15:0]和精調節(jié)控制碼F_Code[19:0]被固定,鑒相及鎖定檢測電路產生一個LOCKED信號,同時檢測信號CLK360與輸入時鐘CLK_REF的相位差,當相位差超出鎖定邏輯的鎖定窗口時,LOCKED信號失效,數(shù)字延時鎖定環(huán)電路重新進入精調節(jié)的鎖定過程。本發(fā)明的一種快速鎖定數(shù)字延時鎖定環(huán)電路,采用數(shù)字時間轉換器,實現(xiàn)了環(huán)路的快速鎖定。數(shù)字控制延時鏈由粗調節(jié)和精調節(jié)延時單元構成,擴大了延時鎖定環(huán)的工作頻率范圍。


圖I是傳統(tǒng)的延時鎖定環(huán)電路示意圖;圖2是本發(fā)明的一種快速鎖定數(shù)字延時鎖定環(huán)電路示意圖;圖3是圖2本發(fā)明中的精調鑒相器的電路圖;圖4是本發(fā)明中的鎖定檢測邏輯電路;圖5是圖2本發(fā)明中的數(shù)字控制延時鏈的結構示意圖;圖6是圖4中數(shù)字控制延時鏈中粗調延時單元電路圖;圖7是圖4中數(shù)字控制延時鏈中精調延時單元電路圖;圖8是本發(fā)明中的TDC結構圖;圖9是本發(fā)明中的TDC的時序圖IOa是本發(fā)明中移位計數(shù)器中的一位基本單元109結構;圖IOb是由圖IOa中基本單元109組成的移位計數(shù)器示意圖;圖11是本發(fā)明的一種快速鎖定數(shù)字延時鎖定環(huán)的鎖定過程示意圖。
具體實施例方式參見圖2、5、8,本發(fā)明的一種快速鎖定數(shù)字延時鎖定環(huán)電路,包括占空比調整電路100、鑒相及鎖定檢測電路101、數(shù)字控制延時鏈102、數(shù)字時間轉換器103、移位計數(shù)器105和復制延時單元106。其中占空比調整電路接輸入時鐘和參考時鐘;參考時鐘輸入到鑒相器的一端和數(shù)字控制延時鏈的輸入端以及時間數(shù)字轉換器的輸入端;數(shù)字控制延時鏈的輸出接鑒相器的另一個輸入端;鑒相器的輸出接移位計數(shù)器的輸入端;時間數(shù)字轉換器輸出經過編碼器104后產生的控制字接到數(shù)字控制延時鏈中的粗調延時單元108的控制字輸入端;移位計數(shù)器的輸出控制字接到數(shù)字控制延時鏈中的精調延時單元107的控制字輸入 端。數(shù)字控制延時鏈102包括了四級相同的延時單元102-1 102-4,每級延時單元包括一粗調延時單元108和一精調延時單元107。粗調延時單元由多路選擇器級聯(lián)的方式實現(xiàn);精調延時單元通過增加或減小緩沖器的驅動能力來改變延時單元的延時量。數(shù)字時間轉換器(Time-to-Digital Converter, TDC) 103包括了脈沖產生器103-1、本征延時鏈103-2、寄存器103-3、TDC延時鏈103-4以及編碼器104。本征延時鏈由四個精調節(jié)延時單元組成,其延時為數(shù)字控制延時鏈的最小延時;TDC延時鏈的每個延時單元包括了四個粗調延時單元中的多路選擇器,因此每個延時單元的延時就是粗調延時鏈的延時步長。脈沖產生器生成兩個間隔為一個時鐘周期的上升沿脈沖,前一個脈沖輸入到本征延時鏈和TDC延時鏈,后一個脈沖輸入到寄存器的時鐘端采樣延時鏈的各個輸出點。寄存器采樣后的結果送到編碼器,經過編碼器得到粗調節(jié)延時鏈的控制字。精調鑒相器101-3,用于檢測輸入時鐘和反饋時鐘信號之間的相位差,并產生超前或者滯后信號。移位計數(shù)器105包括預定數(shù)目的移位計數(shù)單元,用于產生精調節(jié)延時鏈的控制信號。移位計數(shù)器105的初始值為最高位是高電平,其余位是低電平。如果精調鑒相器101-3的鑒相結果為超前,則移位計數(shù)器105向左移位;如果精調鑒相器101-3的鑒相結果為滯后,則移位計數(shù)器105向右移位。當移位計數(shù)器105進行一次移位后,其控制字的改變造成精調節(jié)延時鏈產生一個步長的延時變化。復制延時單元106取數(shù)字控制延時鏈的一個延時單元,它的粗調和精調延時單元結構與數(shù)字控制延時鏈中的單元相同。復制延時單元負責DQS信號的相移,由TDC和計數(shù)器產生的控制字C_Code和F_Code控制,其延時量接近為輸入時鐘周期的四分之一。下面參照附圖對本發(fā)明的技術方案進行詳細描述圖2是本發(fā)明的一種快速鎖定數(shù)字延時鎖定環(huán)電路結構框圖。圖中CLK_IN為輸入時鐘,它經過占空比調整電路得到接近于50%占空比的參考時鐘CLK_REF。數(shù)字延時鎖定環(huán)的鎖定過程分為三部分,粗調節(jié)的鎖定、精調節(jié)的鎖定和狀態(tài)保持。首先由數(shù)字時間轉換器(TDC) 103完成粗調節(jié)的鎖定,在這個過程中精調鑒相器101-3和移位計數(shù)器105失效。粗調節(jié)鎖定的工作過程為當輸入?yún)⒖紩r鐘CLK_IN輸入到數(shù)字延時鎖定環(huán)后,經過占空比調整電路100產生占空比接近50%的參考時鐘CLK_REF,該時鐘送到數(shù)字控制延時鏈102、TDC103以及移位計數(shù)器105。TDC103在一個時鐘周期內完成粗調節(jié)的鎖定,產生粗調節(jié)延時單元的控制碼C_Code[15:0]。在完成粗調節(jié)后,TDC103產生一個控制信號,啟動精調精調鑒相器101-3和移位計數(shù)器105,DLL進入精調節(jié)的過程。在粗調節(jié)鎖定完成后,參考時鐘和數(shù)字控制延時鏈102的輸出CLK360之間的相位誤差小于一級粗延時單元的延時量。精調節(jié)的鎖定由精調鑒相器101-3和移位計數(shù)器105來完成,工作過程如下數(shù)字控制延時鏈102各單元的輸出延遲相移分別為輸入時鐘的90°、180°、270°、360°。其中360°相移信號CLK360被送到精調鑒相器101-3的輸入端,作為精調鑒相器101-3的鑒相比較。精調鑒相器101-3比較信號CLK360與輸入時鐘CLK_REF的相位關系,產生UP或者DOWN信號送入移位計數(shù)器105,控制移位計數(shù)器105的移位方向,從而改變移位計數(shù)器105輸出的控制字的碼值,控制精調節(jié)延時鏈的延遲時間增加或減少,以同步CLK360和CLK_REF直到它們的相位差在一定范圍內,然后由控制邏輯產生一個鎖定信號,此時數(shù)字延時鎖定環(huán)進入保持狀態(tài)。圖3是精調鑒相器101-3的電路結構,使用了交叉耦合RS鎖存器結構,當CLK_0UT·超前于CLK_REF信號時,精調鑒相器101-3輸出一個時鐘周期的UP信號;當CLK_0UT滯后于CLK_REF信號時,精調鑒相器101-3輸出一個時鐘周期的DOWN信號。圖4是鎖定檢測邏輯電路圖,由三個精調鑒相器101-1 101-3并聯(lián)構成。其中,精調鑒相器101-3對參考時鐘CLK_REF和反饋時鐘CLK_FB的相位關系進行檢測,輸出UP信號和DOWN信號。Dl和D2是延時量可控的緩沖器,Dl控制端接低電平,D2控制端接高電平,Δ t是緩沖器Dl和D2的延時量的差值;精調鑒相器101-1檢測CLK_REF相對于CLK_FB延遲Λ t的兩個信號的相位關系,精調鑒相器101-2檢測CLK_FB相對于CLK_0UT延遲Λ t的兩個信號的相位關系,精調鑒相器101-1和精調鑒相器101-2的輸出結果經過異或門輸出LOCKED信號,當LOCKED信號變高時,數(shù)字延時鎖定環(huán)進入鎖定狀態(tài),本發(fā)明中鎖定邏輯的鎖定窗口大小為2 At。圖5中是數(shù)字控制延時鏈102的框圖,它包括了四個相同的延時單元102-1、
102-2、102-3、102_4,每個延時單元102-x均包含一個粗調延時單元(CoarseDelayUnit)108和一個精調延時單元(Fine Dealy Unit) 107,每個延時單元102_x均由相同的控制來控制,因此它們有相同的延時量。圖6是一個粗調延時單元108的電路結構圖,本發(fā)明中粗調延時單元108的結構輸入端的負載不隨延時級數(shù)的變化而變化,同時由于其結構的規(guī)律性,能根據(jù)不同的延時范圍要求方便地選擇延時鏈的級數(shù)。本發(fā)明中的粗調延時單元108由16位的控制字來控制,它的控制碼為(_(0(^[15:0],由了0(103經過編碼器104后產生。圖7是一個精調延時單元107的電路結構圖,其中MpO和MnO分別接低電平和高電平,是常導通晶體管。Mpl Mpl9和Mnl Mnl9分別由數(shù)字控制字H) F19和FbO Fbl9控制其是否導通,增加導通晶體管的數(shù)目能增大緩沖器的驅動能力,減小緩沖器的延時量,實現(xiàn)延時單元的精調節(jié)。下面詳細介紹數(shù)字時間轉換器(TDC) 103的操作。圖8是數(shù)字時間轉換器103的電路結構,包括了脈沖產生器103-1、本征延時鏈
103-2、寄存器103-3、TDC延時鏈103-4以及編碼器104。圖9是TDC103的時序關系圖,圖中舉例了 TDC103的工作過程。脈沖產生器103-1的輸入端接參考時鐘CLK_REF,在參考時鐘的第一個時鐘周期上升沿產生一個TOLSE_START信號,在第二個時鐘周期上升沿產生一個PULSE_END信號,兩個信號間隔一個時鐘周期。TOLSE_START信號輸入到本征延時鏈
103-2,輸出信號TDC_IN
,再經過TDC延時鏈103-4的單元TDU,依次得到的延時信號為TDC_IN[1] TDC_IN[15]。這16個延時信號分別輸入到寄存器103-3的數(shù)據(jù)端,由TOLSE_END信號輸入到寄存器103-3的時鐘端進行采樣,寄存器103-3采樣后的結果送到編碼器104,經過編碼器104得到粗調節(jié)延時鏈的控制字TDC_C0DE[15:0],再由編碼器轉換器轉成粗調節(jié)延時單元108的控制碼值C_Code[15:0] 。圖10是移位計數(shù)器105的電路結構。移位計數(shù)器105的作用是為數(shù)字控制延時鏈102中的精調節(jié)延時部分產生控制碼。移位計數(shù)器105的計數(shù)方向由精調鑒相器101-3的鑒相結果UP/D0WN控制。移位計數(shù)器105中的一位基本計數(shù)器單元109結構如圖10a,它由一個D觸發(fā)器、兩個與非門和一個反相器構成。9 是當前位的輸出狀態(tài)值,當時鐘信號elk上升沿觸發(fā)時,如果鑒相結果UP/D0WN為低電平,則把前一位的狀態(tài)傳給qn ;如果鑒相結果UP/D0WN為高電平,則把后一位的狀態(tài)qn+1傳給qn。圖IOb是由圖IOa中基本單元109組成的移位計數(shù)器105。一共由20個計數(shù)器單元109串聯(lián)組成,產生20位的控制碼控制精調節(jié)延時鏈。移位計數(shù)器105產生的控制碼為熱溫度計碼,移位計數(shù)器105每次的狀態(tài)跳變只會有一位碼值發(fā)生變化,這樣避免了在狀態(tài)跳轉過程中延時鏈輸出信號的抖動以及延時突變。圖11是本發(fā)明的一種快速鎖定數(shù)字延時鎖定環(huán)的鎖定過程。初始時,RESET信號為低電平,環(huán)路被復位。接著的6個時鐘周期,由占空比調整器100對輸入?yún)⒖紩r鐘進行占空比調整,調整輸出的控制碼為0此7[5:0],并產生一個00_(101^信號。在DCC_done信號生效后的一個時鐘周期內,由TDC103模塊估計輸出參考信號的周期,并產生粗調節(jié)延時單元108的控制碼Coarse_code[15:0]。接著,精調鑒相器101-3對輸入?yún)⒖紩r鐘CLK_REF和其經延遲線輸出的信號CLK_FB進行比較,輸出鑒相信號UP/D0WN。信號UP/D0WN進入移位計數(shù)器105,由移位計數(shù)器105來產生精調節(jié)控制碼。若UP/D0WN為低電平,則移位計數(shù)器105向高移位,增大控制碼的值;UP/D0WN為高電平,則移位計數(shù)器105向低移位,減小控制碼的值。當本發(fā)明的數(shù)字延時鎖定環(huán)由鎖定邏輯檢測到進入鎖定狀態(tài)時,產生一個鎖定狀態(tài)信號LOCKED。控制碼Coarse_code[15:0]和Fine_code [19:0]在進入鎖定狀態(tài)之后被固定,以減小延時鏈輸出信號的抖動。本發(fā)明的數(shù)字延時鎖定環(huán)鎖定周期小于17時鐘周期。
權利要求
1.一種快速鎖定數(shù)字延時鎖定環(huán)電路,包括鑒相器、數(shù)字控制延時鏈、計數(shù)器;其特征在于,還包括占空比調整電路、數(shù)字時間轉換器、復制延時單元;占空比調整電路輸入接參考時鐘,輸出分別與數(shù)字控制延時鏈、精調鑒相器、數(shù)字時間轉換器、移位計數(shù)器的輸入端電連接;精調鑒相器輸出接移位計數(shù)器的另一輸入端;數(shù)字時間轉換器輸出接編碼器輸入,編碼器、移位計數(shù)器的輸出分別接數(shù)字控制延時鏈、復制延時單元的另兩個輸入端,數(shù)字控制延時鏈、復制延時單元的另兩個輸入端間,相互連接,雙向通訊;數(shù)字控制延時鏈的輸出與精調鑒相器的另一輸入端電連接;復制延時單元輸入接脈沖信號,輸出相移后的脈沖信號; 其中,數(shù)字時間轉換器、編碼器,移位計數(shù)器組成數(shù)字延時鎖定環(huán)的控制邏輯,為數(shù)字控制延時鏈、復制延時單元提供數(shù)字控制碼。
2.如權利要求I所述的數(shù)字延時鎖定環(huán)電路,其特征在于,所述數(shù)字控制延時鏈,包括至少四級相同的延時單元,每個延時單元均由相同的控制來控制,具有相同的延時量;每級延時單元內包括一粗調延時單元和一精調延時單元,粗調延時單元和精調延時單元串聯(lián)設置;編碼器、移位計數(shù)器的輸出分別接數(shù)字控制延時鏈的另兩個輸入端,是編碼器輸出接每級延時單元內的粗調延時單元輸入,移位計數(shù)器輸出接每級延時單元內的精調延時單元輸入。
3.如權利要求I所述的數(shù)字延時鎖定環(huán)電路,其特征在于,所述數(shù)字控制延時鏈、復制延時單元的另兩個輸入端間,相互連接,雙向通訊,是復制延時單元的另兩個輸入端,分別與每級延時單元內的粗調延時單元輸入、精調延時單元輸入電連接,雙向通訊。
4.如權利要求2或3所述的數(shù)字延時鎖定環(huán)電路,其特征在于,所述粗調延時單元,由多路選擇器級聯(lián)的方式實現(xiàn),粗調延時單元的結構輸入端的負載不隨延時級數(shù)的變化而變化,同時因其結構的規(guī)律性,能根據(jù)不同的延時范圍要求選擇延時鏈的級數(shù);精調延時單元為多個緩沖器的串聯(lián),通過增加或減小緩沖器的驅動能力來改變延時單元的延時量。
5.如權利要求I所述的數(shù)字延時鎖定環(huán)電路,其特征在于,所述數(shù)字時間轉換器,包括脈沖產生器、本征延時鏈、寄存器、TDC延時鏈及編碼器; 脈沖產生器的輸入端接參考時鐘,在參考時鐘的第一個時鐘周期上升沿產生一個PULSE_START信號,在第二個時鐘周期上升沿產生一個TOLSE_END信號,兩個信號間隔一個時鐘周期;PULSE_START信號輸入到本征延時鏈,輸出信號TDC_IN
,再經過TDC延時鏈的單元TDU,依次得到的延時信號分別輸入到寄存器的數(shù)據(jù)端,PULSE_END信號輸入到寄存器的時鐘端進行采樣,寄存器采樣后的結果送到編碼器,經過編碼器得到粗調節(jié)延時鏈的控制字,再由編碼器轉換器轉成粗調節(jié)延時單元的控制碼值。
6.如權利要求5所述的數(shù)字延時鎖定環(huán)電路,其特征在于,所述本征延時鏈包括至少四個串聯(lián)的精調節(jié)延時單元,其延時為數(shù)字控制延時鏈的最小延時;TDC延時鏈包括至少十六個串聯(lián)的延時單元TDU,每個延時單元包括至少四個粗調延時單元中的多路選擇器,每個延時單元的延時是粗調延時鏈的延時步長。
7.如權利要求I所述的數(shù)字延時鎖定環(huán)電路,其特征在于,所述復制延時單元,與數(shù)字控制延時鏈的一個延時單元相同,包括串聯(lián)的粗調、精調延時單元結構,復制延時單元負責DQS信號的相移,其延時量約為輸入時鐘周期的四分之一。
8.如權利要求I所述的數(shù)字延時鎖定環(huán)電路,其特征在于,所述精調鑒相器,為交叉耦合RS鎖存器結構,用于檢測輸入時鐘和反饋時鐘信號之間的相位差,并產生超前或滯后信號;三個精調鑒相器并聯(lián)構成鑒相及鎖定檢測電路,還包括兩個延時量可控的緩沖器D1、D2,緩沖器Dl控制端接低電平,緩沖器D2控制端接高電平,Λ t是緩沖器Dl和D2的延時量的差值。
9.如權利要求I所述的數(shù)字延時鎖定環(huán)電路,其特征在于,所述移位計數(shù)器,包括20個串聯(lián)的計數(shù)器單元,產生20位的控制碼控制精調節(jié)延時鏈;移位計數(shù)器是一個雙向的移位計數(shù)器,產生的控制碼為熱溫度計碼,移位計數(shù)器每次的狀態(tài)跳變只會有一位碼值發(fā)生變化,避免了在狀態(tài)跳轉過程中精調節(jié)延時鏈輸出信號的抖動以及延時突變。
10.如權利要求8或9所述的數(shù)字延時鎖定環(huán)電路,其特征在于,所述計數(shù)器單元,包括一個D觸發(fā)器、兩個與非門和一個反相器,Qn是當前位的輸出狀態(tài)值,當時鐘信號elk上升沿觸發(fā)時,如果鑒相結果UP/DOWN為低電平,則把前一位的狀態(tài)Qlri傳給qn ;如果鑒相結果UP/DOWN為高電平,則把后一位的狀態(tài)qn+1傳給qn。
11.如權利要求I或8所述的數(shù)字延時鎖定環(huán)電路,其特征在于,鎖定過程分為三部分,粗調節(jié)的鎖定、精調節(jié)的鎖定和狀態(tài)保持,鎖定周期小于17時鐘周期,鎖定邏輯的鎖定窗口大小為2 At。
12.如權利要求I或8所述的數(shù)字延時鎖定環(huán)電路,其特征在于,所述鎖定過程的三部分 a)粗調節(jié)鎖定當輸入?yún)⒖紩r鐘CLK_IN到數(shù)字延時鎖定環(huán)后,經過占空比調整電路產生占空比接近50%的參考時鐘CLK_REF,該時鐘送到數(shù)字控制延時鏈、TDC及移位計數(shù)器;TDC在一個時鐘周期內完成粗調節(jié)的鎖定,產生粗調節(jié)延時單元的控制碼C_Code[15:0]; 在完成粗調節(jié)鎖定后,TDC產生一個控制信號,啟動精調精調鑒相器和移位計數(shù)器,延時鎖定環(huán)進入精調節(jié)的過程; 在粗調節(jié)鎖定完成后,參考時鐘和數(shù)字控制延時鏈的輸出CLK360之間的相位誤差小于一級粗延時單元的延時量; b)精調節(jié)的鎖定數(shù)字控制延時鏈各單元的輸出延遲相移,分別為輸入時鐘的90°、180。、270。、360。;其中360°相移信號CLK360被送到精調鑒相器的輸入端,作為精調鑒相器的鑒相比較;精調鑒相器比較信號CLK360與輸入時鐘CLK_REF的相位關系,產生UP或者DOWN信號送入移位計數(shù)器,控制移位計數(shù)器的移位方向,從而改變移位計數(shù)器輸出的控制字的碼值,控制精調節(jié)延時鏈的延遲時間增加或減少,以同步CLK360和CLK_REF直到它們的相位差在一定范圍內,然后由控制邏輯產生一個鎖定信號,此時精調節(jié)被鎖定; c)精調節(jié)被鎖定后,數(shù)字延時鎖定環(huán)進入保持狀態(tài),進入保持狀態(tài)后,粗調節(jié)控制HC_Code[15:0]和精調節(jié)控制HF_Code[19:0]被固定,鑒相及鎖定檢測電路產生一個LOCKED信號,同時檢測信號CLK360與輸入時鐘CLK_REF的相位差,當相位差超出鎖定邏輯的鎖定窗口時,LOCKED信號失效,數(shù)字延時鎖定環(huán)電路重新進入精調節(jié)的鎖定過程。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種快速鎖定數(shù)字延時鎖定環(huán)電路,涉及信號相位偏移技術,包括占空比調整電路、鑒相器、數(shù)字控制延時鏈、數(shù)字時間轉換器、移位計數(shù)器和復制延時單元。數(shù)字控制延時鏈包括至少四級相同的延時單元,每個延時單元均由相同的控制來控制,具有相同的延時量;每級延時單元內包括一粗調延時單元和一精調延時單元,粗調延時單元和精調延時單元串聯(lián)設置,擴大了延時鎖定環(huán)的工作頻率范圍。本發(fā)明的數(shù)字延時鎖定環(huán)電路,為DDR控制器中的DQS信號提供精確的90°相移信號,具有快速鎖定和避免環(huán)路錯誤鎖定的特性。
文檔編號H03L7/089GK102957422SQ201110252450
公開日2013年3月6日 申請日期2011年8月30日 優(yōu)先權日2011年8月30日
發(fā)明者楊海鋼, 陳柱佳 申請人:中國科學院電子學研究所
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