用于在環(huán)形振蕩器中減小周期性抖動(dòng)的裝置的制造方法
【專利說明】用于在環(huán)形振蕩器中減小周期性抖動(dòng)的裝置
【背景技術(shù)】
[0001] 以高數(shù)據(jù)率來產(chǎn)生低抖動(dòng)時(shí)鐘的傳統(tǒng)方式是使用LC(電感器一電容器）振蕩器。 盡管LC振蕩器可以實(shí)現(xiàn)極低的抖動(dòng)，但取決于期望的振蕩頻率，所需的電感器會(huì)占用很大 的面積。對(duì)于在芯片上具有許多線道的串行器/解串器應(yīng)用，當(dāng)電感器非常接近時(shí)，VCO(壓 控振蕩器）牽引（VCOpulling)會(huì)成為一個(gè)顧慮。VCO牽引是在一個(gè)振蕩器可以影響另一 個(gè)振蕩器的振蕩頻率時(shí)實(shí)現(xiàn)的效果。盡管已知了克服這個(gè)問題的技術(shù)，但這些技術(shù)占用了 額外的面積并降低了性能。另外，LC-VCO中心頻率可以與工藝相關(guān)，當(dāng)VCO頻率高于或低 于目標(biāo)時(shí)需要重新設(shè)計(jì)（respin)。"重新設(shè)計(jì)"是額外的制造運(yùn)行，其中，略微改變了設(shè)計(jì)， 在此情況下使得可以實(shí)現(xiàn)特定性能特性。通常，避免重新設(shè)計(jì)，因?yàn)樗鼈冄舆t了產(chǎn)品裝備就 緒。
【附圖說明】
[0002] 依據(jù)以下給出的詳細(xì)說明并依據(jù)本公開內(nèi)容的不同實(shí)施例的附圖可以更充分地 理解本公開內(nèi)容的實(shí)施例，但這些實(shí)施例不應(yīng)用來將本公開內(nèi)容局限于特定實(shí)施例，而僅 用于解釋和理解。
[0003] 圖1示出了根據(jù)本公開內(nèi)容的一個(gè)實(shí)施例的用于在環(huán)形振蕩器中減小周期性時(shí) 鐘抖動(dòng)的裝置。
[0004] 圖2示出了根據(jù)本公開內(nèi)容的一個(gè)實(shí)施例的曲線圖，顯示了在減小了供給環(huán)形振 蕩器和復(fù)制電路的電源之間的差時(shí)的減小的抖動(dòng)。
[0005] 圖3A示出了根據(jù)本公開內(nèi)容的一個(gè)實(shí)施例的用于在環(huán)形振蕩器中減小周期性時(shí) 鐘抖動(dòng)的裝置的電路。
[0006] 圖3B示出了根據(jù)本公開內(nèi)容的另一個(gè)實(shí)施例的用于在環(huán)形振蕩器中減小周期性 時(shí)鐘抖動(dòng)的裝置的電路。
[0007] 圖4示出了根據(jù)本公開內(nèi)容的一個(gè)實(shí)施例的鎖相環(huán)（PLL)，其具有用于在環(huán)形振 蕩器中減小周期性時(shí)鐘抖動(dòng)的裝置。
[0008] 圖5是根據(jù)本公開內(nèi)容的一個(gè)實(shí)施例的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或SoC(片上系統(tǒng)），其具有用 于在環(huán)形振蕩器中減小周期性時(shí)鐘抖動(dòng)的裝置的智能設(shè)備。
【具體實(shí)施方式】
[0009] 實(shí)施例說明了用于在環(huán)形振蕩器中減小周期性時(shí)鐘抖動(dòng)的裝置。在一個(gè)實(shí)施例 中，裝置包括第一電源節(jié)點(diǎn)，用以提供電源電流。在一個(gè)實(shí)施例中，裝置進(jìn)一步包括環(huán)形振 蕩器，耦合到第一電源節(jié)點(diǎn)，用以按照提供給環(huán)形振蕩器的電源電流的變化產(chǎn)生振蕩輸出。 在一個(gè)實(shí)施例中，裝置進(jìn)一步包括電路（例如復(fù)制電路），耦合到第二電源節(jié)點(diǎn)，用以復(fù)制 環(huán)形振蕩器的DC特性。在一個(gè)實(shí)施例中，裝置包括反饋機(jī)構(gòu)（例如運(yùn)算放大器），具有耦合 至樵一電源節(jié)點(diǎn)和第二電源節(jié)點(diǎn)的輸入，及用以控制電路（即復(fù)制電路）中的電流的輸出。 在一個(gè)實(shí)施例中，復(fù)制電路和運(yùn)算放大器反饋提供了等電位節(jié)點(diǎn)（例如圖3的節(jié)點(diǎn)VccRC)， 用以將電流切換到它。在一個(gè)實(shí)施例中，通過使得第一電源和第二電源基本上匹配，減小了 由開關(guān)電流引起的環(huán)形振蕩器的輸出上的周期性抖動(dòng)。
[0010] 實(shí)施例描述了低抖動(dòng)時(shí)鐘源。實(shí)施例可以以較小的面積用于串行器/解串器應(yīng) 用，并且不會(huì)有與LC振蕩器一起存在的VCO牽引。以前的解決方案典型地使用LC振蕩器 來產(chǎn)生超過5Gb/s的數(shù)據(jù)率的低抖動(dòng)時(shí)鐘。實(shí)施例允許使用可以產(chǎn)生低抖動(dòng)時(shí)鐘以便用于 具有高數(shù)據(jù)率（例如32Gb/s)的應(yīng)用中的環(huán)形振蕩器。
[0011] 在以下的說明中，論述了多個(gè)細(xì)節(jié)，以提供對(duì)本公開內(nèi)容的實(shí)施例的更透徹的解 釋。但對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，顯然，可以無需這些具體細(xì)節(jié)來實(shí)踐本公開內(nèi)容的實(shí)施 例。在其他實(shí)例中，以方框圖形式而非詳細(xì)地顯示了公知的結(jié)構(gòu)和設(shè)備，以避免使得本公開 內(nèi)容的實(shí)施例模糊不清。
[0012] 注意，在實(shí)施例的相應(yīng)附圖中，以線來表示信號(hào)。一些線可以較粗，用以指示更多 的組成信號(hào)路徑，和/或在一端或多端具有箭頭，用以指示主要信息流動(dòng)方向。這種指示并 非旨在是限制性的。相反，結(jié)合一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施例使用了這些線，以幫助更易于理解 電路或邏輯單元。按照設(shè)計(jì)需要或偏好所規(guī)定的，任何表示的信號(hào)實(shí)際上都可以包括一個(gè) 或多個(gè)信號(hào)，它們可以在任意方向上傳播，并可以以任何適合類型的信號(hào)方案來實(shí)施。
[0013] 在說明書和權(quán)利要求書通篇中，術(shù)語"連接的"表示在相連物體之間的直接電連 接，沒有任何中間設(shè)備。術(shù)語"耦合到"表示在相連物體之間的直接電連接，或者通過一個(gè) 或多個(gè)無源或有源中間設(shè)備的間接連接。術(shù)語"電路"表示一個(gè)或多個(gè)無源和/或有源組 件，它們布置為相互協(xié)作以提供期望的功能。術(shù)語"信號(hào)"表示電流信號(hào)、電壓信號(hào)或數(shù)據(jù) /時(shí)鐘信號(hào)中的至少一個(gè)。"一"、"一"以及"這個(gè)"的含義包括復(fù)數(shù)引用。"在……中"的含 義包括"在……中"和"在……上"。
[0014] 術(shù)語"縮放"通常指代將設(shè)計(jì)（原理圖和布局）從一個(gè)制程技術(shù)轉(zhuǎn)換為另一個(gè)制程 技術(shù)。術(shù)語"縮放"通常還指代在相同技術(shù)節(jié)點(diǎn)內(nèi)減小布局和設(shè)備大小。術(shù)語"縮放"還可 以指代信號(hào)頻率相對(duì)于例如電源電平的另一個(gè)參數(shù)的調(diào)整（例如減慢）。術(shù)語"基本上"、 "接近"、"近似"、"接近"和"大約"通常指代在目標(biāo)值的+/-20 %內(nèi)。
[0015] 除非另有指明，用以說明共同對(duì)象的序數(shù)詞"第一"、"第二"和"第三"等的使用僅 僅指示參考了相似對(duì)象的不同實(shí)例，并非旨在暗示如此說明的對(duì)象必須在給定順序中，不 論是時(shí)間上、空間上、排序中或以任何其他方式。
[0016] 對(duì)于實(shí)施例來說，晶體管是金屬氧化物半導(dǎo)體（MOS)晶體管，其包括漏極、源極、 柵極和體端。晶體管還包括三柵和FinFET晶體管、全包圍柵圓柱體晶體管或?qū)嵤┚w管功 能的其他器件，如碳納米管或自旋電子器件。源極端和漏極端可以是相同的端子，在本文中 可互換地使用。本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)意識(shí)到，在不脫離本公開內(nèi)容的范圍的情況下，可以使 用其他晶體管，例如雙極結(jié)型晶體管一BJTPNP/NPN、BiCMOS、CMOS、eFET等。術(shù)語"MN"指 示n型晶體管（例如NM〇S、NPNBJT等），術(shù)語"MP"指示p型晶體管（例如PMOS、PNPBJT 等）。
[0017] 圖1示出了根據(jù)本公開內(nèi)容的一個(gè)實(shí)施例的用于在環(huán)形振蕩器中減小周期性時(shí) 鐘抖動(dòng)的裝置100。在一個(gè)實(shí)施例中，裝置100包括電源控制單元101、環(huán)形振蕩器（RO) 102、 復(fù)制電路103和反饋機(jī)構(gòu)104。
[0018] 在一個(gè)實(shí)施例中，電源控制單元101接收控制信號(hào)（例如Up/Dn信號(hào)），其指示輸 出時(shí)鐘的頻率應(yīng)增大還是減小或者保持恒定。在一個(gè)實(shí)施例中，電源控制單元101包括用 于產(chǎn)生電源VccRO和VccRC的電路。在此，VccRO是用于RO102的電源，而VccRC是用于 復(fù)制電路103的電源。在一個(gè)實(shí)施例中，電源控制單元101用于（借助控制信號(hào)）調(diào)制電 源VccRO的電流來改變輸出時(shí)鐘的振蕩頻率。
[0019] 例如，當(dāng)控制信號(hào)指示輸出時(shí)鐘頻率應(yīng)增大時(shí)，電源控制單元101就增大到節(jié)點(diǎn) VccRO的電流，這加快了輸出時(shí)鐘。類似的，當(dāng)控制信號(hào)指示輸出時(shí)鐘頻率應(yīng)減小時(shí)，電源 控制單元101就減小到節(jié)點(diǎn)VccRO(在此也稱為第一電源節(jié)點(diǎn)）的電流，這減慢了輸出時(shí) 鐘。在此，可互換地使用了用于信號(hào)和節(jié)點(diǎn)的標(biāo)記。例如，取決于句子的上下文，VccRO指 代VccRO節(jié)點(diǎn)或VccRO電源。參考圖3來說明電源控制單元101的一個(gè)實(shí)施例。
[0020] 返回參考圖1，RO102是任意的環(huán)形振蕩器。例如，RO102可以包括在環(huán)路中耦 合在一起的具有奇數(shù)次翻轉(zhuǎn)的一系列反相器或緩沖器，以使得輸出信號(hào)可以作為輸入反饋 回來。RO102可以以偶數(shù)個(gè)差動(dòng)緩沖器來實(shí)施，具有通過在一個(gè)緩沖器級(jí)中交換差動(dòng)信號(hào) 而實(shí)現(xiàn)的翻轉(zhuǎn)。可以使用RO102的其他實(shí)現(xiàn)方式，這些實(shí)現(xiàn)方式允許按照其電源節(jié)點(diǎn)的電 流的變化來調(diào)制來自RO102的輸出時(shí)鐘。
[0021] 在一個(gè)實(shí)施例中，復(fù)制電路103耦合到VccRC(也稱為第二電源節(jié)點(diǎn)）。在一個(gè)實(shí) 施例中，如同調(diào)制與VccRO相關(guān)的電流一樣，也按照控制信號(hào)調(diào)制與VccRC相關(guān)的電流。在 一個(gè)實(shí)施例中，復(fù)制電路103復(fù)制RO102的DC特性。在一個(gè)實(shí)施例中，為了復(fù)制電路103 模擬RO102的阻抗，復(fù)制電路103中的晶體管在合起來看時(shí)具有與RO102中的晶體管的 電壓一電流特性的時(shí)間平均值基本上類似的靜態(tài)電壓一電流特性。參考圖3來說明復(fù)制電 路103的一個(gè)實(shí)施例。
[0022] 在一個(gè)實(shí)施例中，反饋機(jī)構(gòu)104監(jiān)控VccRO和VccRC，并產(chǎn)生輸出以調(diào)整復(fù)制電路 103的電流強(qiáng)度，從而使得VccRC幾乎與VccRO相等（例如在彼此的0. 5 %內(nèi)）。在一個(gè)實(shí)施 例中，反饋機(jī)構(gòu)104是運(yùn)算放大器。在一個(gè)實(shí)施例中，運(yùn)算放大器包括內(nèi)置偏移消除裝置， 用以改善放大器的精度。在一個(gè)實(shí)施例中，由數(shù)字模塊消除或校準(zhǔn)運(yùn)算放大器的偏移。在一 個(gè)實(shí)施例中，一旦校準(zhǔn)了運(yùn)算放大器，不論工藝或溫度變化如何，到復(fù)制電路103的VccRC 就與VccRO相匹配（即成為相等或基本上相等）。參考圖3來說明反饋機(jī)構(gòu)104的一個(gè)實(shí) 施例。
[0023] 返回參考圖1，當(dāng)鎖相環(huán)（PLL)使用電流控制的RO102時(shí)，響應(yīng)于反饋信號(hào)來接 通或切斷RO102的電流，反饋信號(hào)與在輸入?yún)⒖紩r(shí)鐘（Ref時(shí)鐘）與分頻反饋時(shí)鐘（Fb時(shí) 鐘）之間的相位差成比例。在一個(gè)實(shí)施例中，由到電源控制單元101的控制信號(hào)提供這個(gè) 比例信息。在一個(gè)實(shí)施例中，復(fù)制電路103充當(dāng)電流的吸收器，以從RO102切換出來，通過 將VccRO與VccRC保持在基本上相等的電壓電平來減小輸出時(shí)鐘中的周期性抖動(dòng)。在一個(gè) 實(shí)施例中，復(fù)制電路103是靜態(tài)電路，以避免干擾來自RO102的輸出時(shí)鐘。在一個(gè)實(shí)施例 中，復(fù)制電路103具有在輸入電流值（在此，輸入電流是從VccRO節(jié)點(diǎn)注入或去除的電流） 的范圍中與RO102的阻抗特性基本上匹配的阻抗特性。
[0024] 圖2示出了根據(jù)本公開內(nèi)容的一個(gè)實(shí)施例的顯示在減小了供給環(huán)形振蕩器和復(fù) 制電路的電源之間的差時(shí)的減小的抖動(dòng)的曲線圖200。參考圖1來說明