本發(fā)明涉及相位插值器領(lǐng)域，尤其涉及一種高線性度的相位插值器。

背景技術(shù)：

CDR(時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)電路)是serders(串行器和解串器)接收端關(guān)鍵的部分，通常有兩種結(jié)構(gòu)，一類是基于鎖相環(huán)PLL的CDR，其中還包含VCO模塊(壓控振蕩器)，電路需要消耗更大的芯片面積和功耗；另一類是基于DLL(延遲鎖相環(huán))的CDR，但DLL中的VCDL(壓控延遲線)的電壓控制相位的調(diào)節(jié)范圍有限，存在最大和最小值，而serders的TX和RX(發(fā)送端和接收端)通常存在一定的頻率不匹配，導(dǎo)致RX端的采樣時鐘和TX端的時鐘的相位差隨著時間而逐漸變大，所以RX需要一個相位在360度的范圍內(nèi)可調(diào)的時鐘。而相位插值器就可以彌補DLL在相位調(diào)節(jié)方面的不足，可以使時鐘產(chǎn)生360度范圍的調(diào)節(jié)。

通常，根據(jù)相位插值器中相位控制電路的設(shè)計，可以將相位插值器分為數(shù)字相位插值器和模擬相位插值器兩種。其中數(shù)字相位插值器的數(shù)字控制電路較為復(fù)雜，且工作頻率較低，相位的步長較大，但其面積小，功耗低；而模擬相位插值器的功耗相對較高，且電路輸出效果受PVT(功率/電壓/溫度)影響較大。

請參閱圖1，一種典型的數(shù)字相位插值器，其包含四個差分對、十七個電流源和一個由多個MOS管組成的一組選擇開關(guān)，其中兩個固定電流源的大小為半個單位電流，分別連接到兩組差分對通路中，另外十五組電流源為單位電流源，通過MOS管的開和端來控制電流源的連接位置。

第一差分對的第一晶體管和第二差分對的第二晶體管的柵極輸入共同連接到輸入信號IP，第一差分對的第二晶體管和第二差分對的第一晶體管的柵極輸入共同連接到輸入信號IN，第三差分對的第一晶體管和第四差分對的第二晶體管的柵極輸入共同連接到輸入信號QP,第三差分對的第一晶體管和第四差分對的第二晶體管的柵極輸入共同連接到輸入信號QN；各差分對的第一MOS晶體管管的漏端共同連接到負載電阻R1，并形成輸出節(jié)點OUTN，各差分對的第二MOS管的漏端共同連接到負載電阻R2，并形成輸出節(jié)點OUTP，其中R1和R2大小相等，并連接到電源電壓VDD。相位插值器可從節(jié)點OUTN、OUTP輸出具有期望相位的差分信號。第一和第二差分對的源端分別與一組MOS開關(guān)相連接，該組MOS開關(guān)的柵極由一組相位相反的控制信號控制，使MOS管的源端與尾電流源組的一個輸出端相連通；第三和第四差分對的源端分別與另一組MOS開關(guān)相連接，該組MOS開關(guān)的柵極由另一組相位相反的控制信號控制，MOS管的源端與尾電流源組的另一個輸出端相連通。通過兩組相位相反的四個控制信號，可以控制尾電流源的流向任意一個差分對，從而可以在四個象限內(nèi)產(chǎn)生期望相位的輸出信號。

差分輸入信號IP、QP、IN、QN是具有接近正弦波形的四相信號，按照順序具有90°相位差，且具有相同的幅度。假設(shè)差分輸入信號IP、QP、IN、QN按順序的相位角度分別為0°、90°、180°、270°。當象限控制信號使第一和第三差分對中有電流導(dǎo)通，則相位插值器工作在第一象限內(nèi)；當象限控制信號使第二和第三差分對中有電流導(dǎo)通，則相位插值器工作在第二象限內(nèi)；當象限控制信號使第二和第四差分對中有電流導(dǎo)通，則相位插值器工作在第三象限內(nèi)；當象限控制信號使第一和第四差分對中有電流導(dǎo)通，則相位插值器工作在第四象限內(nèi)。

記尾電流源組與第一第二差分對的象限控制開關(guān)相連的節(jié)點為X，與第二第三差分對的象限控制相連的節(jié)點為Y。尾電流源組中兩個固定大小為半個單位的電流源分別與節(jié)點X、Y相連接，其他十五個大小為一個單位的尾電流源則分別通過一組由相位調(diào)節(jié)信號控制的開關(guān)再分別與節(jié)點X、Y相連接，根據(jù)相位調(diào)節(jié)信號，控制尾電流流向節(jié)點X或Y，通過改變流向節(jié)點的電流源的個數(shù)，調(diào)節(jié)尾電流的大小，就可以在輸出節(jié)點OUTN、OUTP得到預(yù)期的相位。由于可調(diào)尾電流源個數(shù)為十五，根據(jù)數(shù)量的大小，則流向節(jié)點X或Y的電流大小組合共有十六種，分別為(15.5,0.5)(14.5,1.5)···(3.5,12.5)(2.5,13.5)(1.5,14.5)(0.5,15.5),因此可以在一個象限中產(chǎn)生十六中不同相位的輸出信號。所以，根據(jù)象限調(diào)節(jié)信號和相位調(diào)節(jié)信號，就可以分別在第一象限、第二象限、第三象限、第四象限的0至360度的范圍內(nèi)生成期望相位的差分輸出信號OUTP和OUTN。輸出信號的具體相位點分布請參閱圖2，相位點分布呈四邊形所示。

該現(xiàn)有電路結(jié)構(gòu)的不利之處在于，由于相鄰相位之間的電流的步長大小是一致的，從而形成了圖2中所示的相位分布圖，相鄰相位點之間對應(yīng)的相位角即為該相位點之間的相位步長，靠近坐標軸的輸出相位步長明顯要小于位于象限中部的相位步長，如此導(dǎo)致了輸出相位之間的非線性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明提供一種高線性度的相位插值器，可以獲得高線性度的相位輸出。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種高線性度的相位插值器，包括：

一負載電路，所述負載電路連接一等電位端；

一差分對組，所述差分對組連接所述負載電路、一第一信號輸入端、一第二信號輸入端、一第三信號輸入端和一第四信號輸入端；

一主電流源偏置陣列，所述主電流源偏置陣列連接所述差分對組、一象限控制信號輸入端、一第一相位控制信號輸入端和一第一偏置電壓輸入端；和

兩副電流源偏置陣列，兩副電流源偏置陣列分別連接所述主電流源偏置陣列、一第二相位控制信號輸入端和一第二偏置電壓輸入端。

本發(fā)明的進一步改進在于，所述差分對組包括四個差分對，每一所述差分對包括一第一MOS管和一第二MOS管：所述第一MOS管的漏極連接所述差分對組的一第一輸出端，各所述第二MOS管的漏極連接所述差分對組的一第二輸出端；

一第一所述差分對的第一MOS管和一第二所述差分對的第二MOS管的柵極連接所述第一信號輸入端；所述第一差分對的第二MOS管和所述第二差分對的第一MOS管的柵極連接所述第二信號輸入端；

一第三所述差分對的第一MOS管和一第四所述差分對的第二MOS管的柵極連接所述第三信號輸入端；所述第三差分對的第二MOS管和所述第四差分對的第一MOS管的柵極連接所述第四信號輸入端；

所述第一差分對的所述第一MOS管和所述第二MOS管的源極連接所述主電流源偏置陣列的一第一連接端；所述第二差分對的所述第一MOS管和所述第二MOS管的源極連接所述主電流源偏置陣列的一第二連接端；所述第三差分對的所述第一MOS管和所述第二MOS管的源極連接所述主電流源偏置陣列的一第三連接端；所述第四差分對的所述第一MOS管和所述第二MOS管的源極連接所述主電流源偏置陣列的一第四連接端。

本發(fā)明的進一步改進在于，所述主電流源偏置陣列包括：

一第一開關(guān)管，所述第一開關(guān)管的漏極連接所述主電流源偏置陣列的第一連接端；

一第二開關(guān)管，所述第二開關(guān)管的源極連接所述主電流源偏置陣列的第二連接端；

一第三開關(guān)管，所述第三開關(guān)管的漏極連接所述主電流源偏置陣列的第三連接端；

一第四開關(guān)管，所述第四開關(guān)管的源極連接所述主電流源偏置陣列的第四連接端；

所述第一開關(guān)管、所述第二開關(guān)管、所述第三開關(guān)管和所述第四開關(guān)管的柵極連接所述象限控制信號輸入端；

多個開關(guān)對，每一所述開關(guān)對包括一第三MOS管和一第四MOS管，所述第三MOS管和所述第四MOS管的柵極連接所述第一相位控制信號輸入端；所述第四MOS管的源極連接所述第一開關(guān)管的源極和所述第二開關(guān)管的漏極；所述第三MOS管的漏極連接所述第三開關(guān)管的源極和所述第四開關(guān)管的漏極；

一第一電流源管，所述第一電流源管的漏極連接各所述第三MOS管的漏極，所述第一電流源管的柵極連接所述第一偏置電壓輸入端，所述第一電流源管的源極接地；

多個第二電流源管，每一所述開關(guān)對的所述第三MOS管的源極和所述第四MOS管的柵極一一對應(yīng)地連接一所述第二電流源管的漏極；所述第二電流源管的柵極連接所述第一偏置電壓輸入端；所述第二電流源管的源極接地；和

一第三電流源管，所述第三電流源管的漏極連接各所述第四MOS管的源極，所述第三電流源管的柵極連接所述第一偏置電壓輸入端，所述第三電流源管的源極接地。

本發(fā)明的進一步改進在于，所述副電流源偏置陣列包括：

多個第五MOS管，所述第五MOS管的柵極連接所述第二相位控制信號輸入端；和

多個第四電流源管，每一所述第五MOS管的源極一一對應(yīng)地連接一所述第四電流源管的漏極，所述第四電流源管的柵極連接所述第二偏置電壓輸入端；所述第四電流源管的源極接地；

一第一所述副電流源偏置陣列的所述第五MOS管的漏極連接所述第一開關(guān)管的源極和所述第二開關(guān)管的漏極；一第二所述副電流源偏置陣列的所述第五MOS管的漏極連接所述第三開關(guān)管的源極和所述第四開關(guān)管的漏極。

本發(fā)明的進一步改進在于，所述負載電路包括：一第一電阻和一第二電阻，所述第一電阻連接于所述等電位端與所述差分對組的第一輸出端之間，所述第二電阻連接于所述等電位端與所述差分對組的第二輸出端之間。

本發(fā)明由于采用了以上技術(shù)方案，使其具有以下有益效果：

第一相位控制信號輸入端用于接收一第一相位控制信號，第二相位控制信號輸入端用于接收一第二相位控制信號，象限控制信號輸入端用于接收一象限控制信號。通過調(diào)節(jié)第一相位控制信號、第二相位控制信號和象限控制信號控制每個差分對所分配到的電流大小，調(diào)節(jié)輸入信號的權(quán)重值，最后電流在負載網(wǎng)絡(luò)端相加，將得到預(yù)期相位的輸出信號。副電流源偏置陣列的采用，對處于工作狀態(tài)的差分對進行電流補償，從而提高輸出信號相位步長的線性度，輸出信號的相位圖隨之逼近理想狀態(tài)下的圓形。

附圖說明

圖1為一現(xiàn)有相位插值器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為現(xiàn)有相位插值器的輸出信號的相位圖；

圖3為本發(fā)明實施例的高線性度的相位插值器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例的高線性度的相位插值器的主電流源偏置陣列的電路圖；

圖5為本發(fā)明實施例的高線性度的相位插值器的副電流源偏置陣列的電路圖；

圖6為現(xiàn)有相位插值器與本發(fā)明實施例的相位插值器的輸出信號的相位對比圖；

圖7為現(xiàn)有相位插值器與本發(fā)明實施例的相位插值器的積分非線性趨勢對比圖。

具體實施方式

下面根據(jù)附圖3～圖7，給出本發(fā)明的較佳實施例，并予以詳細描述，使能更好地理解本發(fā)明的功能、特點。

請參閱圖3，本發(fā)明實施例的一種高線性度的相位插值器，包括：一負載電路1、一差分對組2、一主電流源偏置陣列3和兩副電流源偏置陣列4。

其中，負載電路1連接一等電位端。差分對組2連接負載電路1、一第一信號輸入端IP、一第二信號輸入端IN、一第三信號輸入端QN和一第四信號輸入端QP。主電流源偏置陣列3連接差分對組2。兩副電流源偏置陣列4分別連接主電流源偏置陣列3。

差分對組2包括四個差分對21、22、23、24，差分對21、22、23、24包括一第一MOS管M1和一第二MOS管M2：第一MOS管M1的漏極連接差分對組2的一第一輸出端OUTN，各第二MOS管M2的漏極連接差分對組2的一第二輸出端OUTP。一第一差分對21的第一MOS管M1和一第二差分對22的第二MOS管M2的柵極連接第一信號輸入端IP；第一差分對21的第二MOS管M2和第二差分對22的第一MOS管M1的柵極連接第二信號輸入端IN。一第三差分對23的第一MOS管M1和一第四差分對24的第二MOS管M2的柵極連接第三信號輸入端QN；第三差分對23的第二MOS管M2和第四差分對24的第一MOS管M1的柵極連接第四信號輸入端QP。

負載電路1包括：一第一電阻R1和一第二電阻R2，第一電阻R1連接于等電位端與差分對組2的第一輸出端OUTN之間，第二電阻連接于等電位端與差分對組2的第二輸出端OUTP之間。

本實施例中，第一信號輸入端IP、第二信號輸入端IN、第三信號輸入端QN和第四信號輸入端QP中每相鄰的兩輸入的時鐘信號的相位差為90度。

請參閱圖3和圖4，主電流源偏置陣列3包括：一第一開關(guān)管S1、一第二開關(guān)管S2、一第三開關(guān)管S3、一第四開關(guān)管S4、十五個開關(guān)對31、一第一電流源管M3、十五個第二電流源管M4和一第三電流源管M5。

主電流源偏置陣列3的一第一連接端IN1連接第一差分對21的第一MOS管M1和第二MOS管M2的源極；主電流源偏置陣列3的一第二連接端IN2連接第二差分對22的第一MOS管M1和第二MOS管M2的源極；主電流源偏置陣列3的一第三連接端IN3連接第三差分對23的第一MOS管M1和第二MOS管M2的源極；主電流源偏置陣列3的一第四連接端IN4連接第四差分對24的第一MOS管M1和第二MOS管M2的源極。

其中，第一開關(guān)管S1的漏極連接主電流源偏置陣列3的第一連接端IN1。第二開關(guān)管S2的源極連接主電流源偏置陣列3的第二連接端IN2。第三開關(guān)管S3的漏極連接主電流源偏置陣列3的第三連接端IN3。第四開關(guān)管S4的源極連接主電流源偏置陣列3的第四連接端IN4。第一開關(guān)管S1、第二開關(guān)管S2、第三開關(guān)管S3和第四開關(guān)管S4的柵極連接象限控制信號輸入端C1。每一開關(guān)對31包括一第三MOS管M6和一第四MOS管M7，第三MOS管M6和第四MOS管M7的柵極連接第一相位控制信號輸入端C2；第四MOS管M7的源極連接第一開關(guān)管S1的源極、第二開關(guān)管S2的漏極、第三開關(guān)管S3的源極和第四開關(guān)管S4的漏極。第一電流源管M3的漏極連接各第三MOS管M6的漏極，第一電流源管M3的柵極連接第一偏置電壓輸入端Vctrl1，第一電流源管M3的源極接地。每一開關(guān)對31的第三MOS管M6的源極和第四MOS管M7的柵極一一對應(yīng)地連接一第二電流源管M4的漏極；第二電流源管M4的柵極連接第一偏置電壓輸入端Vctrl1；第二電流源管M4的源極接地。第三電流源管M5的漏極連接各第四MOS管M7的源極，第三電流源管M5的柵極連接第一偏置電壓輸入端Vctrl1，第三電流源管M5的源極接地。

請參閱圖3、圖5，副電流源偏置陣列4包括：六個第五MOS管M8和六個第四電流源管M9。其中，第五MOS管M8的柵極連接第二相位控制信號輸入端C3。每一第五MOS管M8的源極一一對應(yīng)地連接一第四電流源管M9的漏極，第四電流源管M9的柵極連接第二偏置電壓輸入端Vctrl2；第四電流源管M9的源極接地。一第一副電流源偏置陣列4的第五MOS管M8的漏極連接第一開關(guān)管S1的源極和第二開關(guān)管S2的漏極；一第二副電流源偏置陣列4的第五MOS管M8的漏極連接第三開關(guān)管S3的源極和第四開關(guān)管S4的漏極。

請參閱圖3、圖4和圖5，主電流源偏置陣列3和兩副電流源偏置陣列4分別通過象限控制信號輸入端C1接收的象限控制信號，第一相位控制信號輸入端C2接收的第一相位控制信號和第二相位控制信號輸入端C3接收的第二相位控制信號將電流分配到各相位差分對21、22、23、24，產(chǎn)生差分對21、22、23、24的偏置電流。通過調(diào)節(jié)輸入信號的權(quán)重值，最后電流在負載網(wǎng)絡(luò)端相加，將得到預(yù)期相位的輸出信號。

主電流源偏置陣列3中的十五個第二電流源管M4作為電流源可通過第一相位控制信號調(diào)節(jié)電流流向，第一電流源管M3和第三電流源管M5為固定流向；副電流源偏置陣列4中的六個第四電流源管M9均可通過第二相位控制信號調(diào)節(jié)電流流向。第一相位控制信號、第二相位控制信號和象限控制信號由外部數(shù)字控制電路中的譯碼器產(chǎn)生，同一象限中的電流組合與輸出信號的相位一一對應(yīng)。每個副電流源偏置陣列4包含六個大小為半個單位的第四電流源管M9，并將主電流源偏置陣列3中第一電流源管M3和第三電流源管M5改為大小為一個單位的電流源。

副電流源偏置陣列4的采用，對處于工作狀態(tài)的差分對21、22、23、24進行電流補償，從而提高輸出信號相位步長的線性度，輸出信號的相位圖隨之逼近理想狀態(tài)下的圓形。

例如：假設(shè)第一信號輸入端IP、第二信號輸入端IN、第三信號輸入端QN和第四信號輸入端QP輸入的時鐘信號的相位依次為0度、90度、180度、270度。在每個象限中，主電流源偏置陣列3可以產(chǎn)生不同16種不同的電流值組合，分別為(16，1)(15,2)···(3,14)(2,15)(1，16)，從而對應(yīng)著十六種不同的相位值；而副電流源偏置陣列4包含六個大小為半個單位的電流源，可以產(chǎn)生步長為0.5個單位，值從0到3變化的7種補償電流。每一相位的補償電流大小將根據(jù)理想狀態(tài)下該相位所對應(yīng)的電流值與電路只包含主電流源偏置陣列時的電流值的差而決定。例如，理想狀態(tài)下，相位步長應(yīng)為5.625度，本實施例輸出相位的相位圖對應(yīng)的電流值圖形5應(yīng)呈圓形(請參閱圖6，其中未改進的原相位點圖形6，圓形黑線為理想相位點圖形7)。此時，在第一象限中，第一個相位點的電流值組合為(15.9807,0.7851)，其中15.9807為第一差分對21中的電流值，0.7851為第三差分對23中的電流值。而在未改進的電路中，當只有主電流源偏置陣列3存在的情況下，第一個相位點對應(yīng)的電流值為(15.5,0.5)，通過計算可知，第一差分對21的電流差值為0.4807，第三差分對23的電流差值為0.2851，根據(jù)此電流差值的絕對值大小，可以知道應(yīng)該分別為第一差分對21與第二差分對22源極和第三差分對23與第四差分對24注入0.5個單位的補償電流。由此，經(jīng)過電路補償后的電流值為(16,1)。其余各點的電流補償值，也根據(jù)上述方法得到。最后，為了得到更高的線性度，需要進一步調(diào)整個別相位點的電流值；最終得到的各相位對應(yīng)的電流值為(16，1)(16，2.5)(15.5，4)(15,5.5)(14.5,7)(13.5，8)(13,9.5)(12,11)(10.5,12)(9.5,13)(8,13.5)(7,14.5)(5.5,15)(4,15.5)(2.5,16)(1,16)。

由上面的電流值可以看到，每個相位點至少需要0.5個單位的電流補償，即工作電流的最小值為1個單位，因此主電流源陣列3中有兩個電流源是固定流向的，每個副電流源偏置陣列4中只有6個電流源的第二電流源管M4需要第一相位控制信號。

下以第一象限中的第一的相位插值點(16，1)為例，對本實施例的高線性度的相位插值器的補償電流工作原理做說明。在第一差分對21的第一MOS管M1和第二MOS管M2的柵極分別輸入時鐘信號，在第三差分對23的第一MOS管M1和第二MOS管M2的柵極分別輸入信號。在主電流源偏置陣列3中，象限控制信號輸入端C1所接收的象限控制信號所控制的第一開關(guān)管S1和第三開關(guān)管S3將合上，而第二開關(guān)管S2和第四開關(guān)管S4斷開；由第一相位控制信號控制的開關(guān)對31將分配16個單位的電流進入第一差分對21，1個單位的電流進入第三差分對23，即15個可控電流源即與第二電流源管M4所連接的第三MOS管M6斷開，第四MOS管M7合上。在副電流源偏置陣列4中；第二相位控制信號則不需要分配補償電流進入第一差分對21和第三差分對23，即副電流源偏置陣列4中6個第五MOS管M8將全部斷開。最后，第一差分對21將分配到16個單位的電流，而第三差分對23將分配到1個單位電流。第一象限內(nèi)其他相位點也根據(jù)上述原理通過調(diào)節(jié)相位控制信號獲得。其它象限內(nèi)的相位點則需要通過進一步調(diào)節(jié)象限控制限號選擇電流流向不同的差分對獲得，比如，第二象限對應(yīng)第二差分對22和第三差分對23，第三象限對應(yīng)第二差分對22和第四差分對24，第四象限對應(yīng)第一差分對21和第四差分對24。

所有的電流將在負載網(wǎng)絡(luò)1端相加，輸入時鐘信號占輸出信號的權(quán)重由流過差分對21、22、23、24的電流值所決定，從而在差分對組2的第一輸出端OUTN和差分對組2的第二輸出端OUTP得到預(yù)期的輸出時鐘信號。由于經(jīng)過電流源補償后，每個相位點對應(yīng)得電流值對與理想狀態(tài)下相位點所對應(yīng)的電流值對更加接近，從而輸出時鐘信號的相位必然會與理想狀態(tài)下的相位點更加接近，由此使相位插值器獲得更高的線性度。

另外，原相位點和改善后的相位點的積分非線性趨勢圖可參見圖7，其中“*”點為原相位點，“x”點為改善后的相位點。

以上結(jié)合附圖實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領(lǐng)域中普通技術(shù)人員可根據(jù)上述說明對本發(fā)明做出種種變化例。因而，實施例中的某些細節(jié)不應(yīng)構(gòu)成對本發(fā)明的限定，本發(fā)明將以所附權(quán)利要求書界定的范圍作為本發(fā)明的保護范圍。