基于注入锁定环形振荡器的相位插值电路及其运行方法技术

本发明专利技术涉及电子电路，公开了一种基于注入锁定环形振荡器的相位插值电路及其运行方法。本发明专利技术中，根据ILRO的输出信号对注入信号进行采样，并根据采样结果改变ILRO的注入点位置和相位插值的输出点位置，可以以相对简单的电路结构低成本地实现高分辨率的相位插值，且功耗适中，同时还可以改善时钟噪声性能和占空比失真。此外，通过两个并行ILRO的切换，来实现ILRO的注入点位置和相位插值的输出点位置的改变，可以最大限度地减小ILRO的注入点位置和相位插值的输出点位置改变时导致的输出不稳定问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电子电路，特别涉及基于注入锁定环形振荡器的相位插值电路及其运行方法。
技术介绍
在使用相位插值(phase interpolator，PI)电路的很多领域，如Fractional-PLL/DLL(小数分频锁相环/延迟锁相环)、CDR(Clock Data Recovery，时钟数据恢复)、sampling/sub-sampling circuit(采样/亚采样电路)等，常常要求时钟相位插值器分辨率高、线性度好，最好还能对输入时钟噪声进行抑制以及对占空比失真进行纠正。传统相位插值技术里，模拟乘法器结构的相位插值电路因为面积较小、结构简单常常使用在PLL、CDR等领域，然而因其存在线性度、分辨率、功耗等问题，也有设计者采用延迟单元通过交叉延迟技术获得更多的相位输出，配以相位旋转电路(rotator)，这样的相位插值器线性度较高、功耗低，缺点是插值单元只能工作在很小频率范围，影响其分辨率扩展以及宽范围频率下应用。此外，在亚采样等
还有将数模转换器(DAC)信号和斜坡信号(ramp wave)同时输入比较器，通过DAC输入来控制比较器输出时钟相位的插值技术。这种相位插值技术能实现较好的线性度和分辨率，但相位插值区间和分辨率受斜坡信号斜率和DAC的最大/最小输出限制，要做到0～360°全区间相位插值需要额外校准电路准确保证这两个设计因子，同时由于受到这三个模块的速度限制，电路通常只应用在频率为兆赫兹级的时钟频率范围里，由于低速和高分辨率的特点，这类技术在亚采样领域使用较
多。因此，本专利技术的专利技术人发现，以上传统插值技术各自都有或线性度低、或分辨率低、或功耗高、或工作频率范围窄等缺陷，更没有对输入时钟的噪声进行抑制和占空比失真进行纠正的功能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于注入锁定环形振荡器的相位插值电路及其运行方法，可以低成本地实现高线性度和高分辨率的相位插值，且功耗适中，同时还可以改善时钟噪声性能和占空比失真。为解决上述技术问题，本专利技术的实施方式公开了一种基于注入锁定环形振荡器的相位插值电路，包括：至少一个注入锁定环形振荡器ILRO、采样器和控制器，其中，ILRO的输入端接收注入信号，并输出经相位插值的输出信号；采样器用于根据ILRO的输出信号对注入信号进行采样，得到采样结果；控制器用于根据采样结果，判断注入信号和ILRO的自由振荡信号的相位差是否在预先设定的范围内，如果是，则改变ILRO的注入点位置和相位插值的输出点位置，使注入信号和ILRO的自由振荡信号的相位差落在预先设定的范围之外。本专利技术的实施方式还公开了一种基于注入锁定环形振荡器的相位插值装置的运行方法，装置包括至少一个注入锁定环形振荡器ILRO、采样器和控制器；方法包括以下步骤：ILRO的输入端接收注入信号，并输出经相位插值的输出信号；采样器根据ILRO的输出信号对注入信号进行采样，得到采样结果；控制器根据采样结果，判断注入信号和ILRO的自由振荡信号的相位差是否在预先设定的范围内，如果是，则改变ILRO的注入点位置和相位插值的输出点位置，使注入信号和ILRO的自由振荡信号的相位差落在预先设定的范围之外。本专利技术实施方式与现有技术相比，主要区别及其效果在于：根据ILRO的输出信号对注入信号进行采样，并根据采样结果改变ILRO的注入点位置和相位插值的输出点位置，可以以相对简单的电路结构低成本地实现高线性度和高分辨率的时钟相位插值，且功耗适中，同时还可以改善时钟噪声性能和占空比失真。进一步地，通过两个并行ILRO的切换，来实现ILRO的注入点位置和相位插值的输出点位置的改变，可以最大限度地减小ILRO的注入点位置和相位插值的输出点位置改变时导致的输出不稳定问题。进一步地，采用两个相邻注入点同时注入信号并调节注入信号强度的比例关系，可以增加注入锁定范围和提高分辨率。进一步地，虽然采用K路温度计码控制的支路电流就可以体现两个相邻注入点位置之间的各种电流比例关系，但会导致注入点位置变化时相位插值线性度不好的问题，采用K+1路支路电流后，两个相邻注入点位置的总电流大小可以维持不变，从而提高了相位插值线性度。附图说明图1是本专利技术第一实施方式中一种基于注入锁定环形振荡器的相位插值电路的结构示意图；图2是本专利技术第二实施方式中一种基于注入锁定环形振荡器的相位插值
电路中控制器的结构示意图；图3是本专利技术第三实施方式中一种8级注入锁定环形振荡器的结构示意图；图4A和4B是本专利技术第三实施方式中采用DAC型插值技术的示意图。图5A和5B是本专利技术第三实施方式中线性度恶化且可能失锁的区域示意图。图6是本专利技术第三实施方式中一种基于注入锁定环形振荡器的相位插值电路的结构示意图。图7是本专利技术第三实施方式中一种基于注入锁定环形振荡器的相位插值电路中判决器输出信号的状态跳转示意图图8是本专利技术第三实施方式中一种6bit注入锁定环形振荡器的结构示意图。图9是本专利技术第四实施方式中一种基于注入锁定环形振荡器的相位插值电路的运行方法的流程示意图；图10是本专利技术第五实施方式中一种基于注入锁定环形振荡器的相位插值电路中控制器的运行方法的流程示意图。具体实施方式在以下的叙述中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，本领域的普通技术人员可以理解，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术的实施方式作进一步地详细描述。本专利技术第一实施方式涉及一种基于注入锁定环形振荡器的相位插值电路。图1是该基于注入锁定环形振荡器的相位插值电路的结构示意图。如图1所示，该电路包括至少一个注入锁定环形振荡器(injection-locked ring oscillator，ILRO)、采样器和控制器。其中，ILRO的输入端接收注入信号，并输出经相位插值的输出信号。采样器用于根据ILRO的输出信号对注入信号进行采样，得到采样结果。控制器用于根据采样结果，判断注入信号和ILRO的自由振荡信号的相位差是否在预先设定的范围内，如果是，则改变ILRO的注入点位置和相位插值的输出点位置，使注入信号和ILRO的自由振荡信号的相位差落在预先设定的范围之外。在本实施方式中，根据ILRO的输出信号对注入信号进行采样，并根据采样结果改变ILRO的注入点位置和相位插值的输出点位置，可以以相对简单的电路结构低成本地实现高线性度的相位插值，且功耗适中，同时还可以改善时钟噪声性能和占空比失真。本专利技术第二实施方式涉及一种基于注入锁定环形振荡器的相位插值电路。图2是该基于注入锁定环形振荡器的相位插值电路中控制器的结构示意图。第二实施方式在第一实施方式的基础上进行了改进，主要改进之处在于：通过两个并行ILRO的切换，来实现ILRO的注入点位置和相位插值的输出点位置的改变，可以最大限度地减小ILRO的注入点位置和相位插值的输出点位置改变时导致的输出不稳定问题。具体地说：ILRO有两个，分别为第一ILRO和第二ILRO，两个ILRO的注入点位置和相位插值的输出点位置不同。优选地，第一ILRO和第二ILRO的相位插值的输出点位置的输出信号之间的相位差是π/2。此外本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于注入锁定环形振荡器的相位插值电路，其特征在于，包括：至少一个注入锁定环形振荡器ILRO、采样器和控制器，其中，所述ILRO的输入端接收注入信号，并输出经相位插值的输出信号；所述采样器用于根据所述ILRO的输出信号对所述注入信号进行采样，得到采样结果；所述控制器用于根据所述采样结果，判断所述注入信号和所述ILRO的自由振荡信号的相位差是否在预先设定的范围内，如果是，则改变所述ILRO的注入点位置和相位插值的输出点位置，使所述注入信号和所述ILRO的自由振荡信号的相位差落在预先设定的范围之外。

【技术特征摘要】
1.一种基于注入锁定环形振荡器的相位插值电路，其特征在于，包括：至少一个注入锁定环形振荡器ILRO、采样器和控制器，其中，所述ILRO的输入端接收注入信号，并输出经相位插值的输出信号；所述采样器用于根据所述ILRO的输出信号对所述注入信号进行采样，得到采样结果；所述控制器用于根据所述采样结果，判断所述注入信号和所述ILRO的自由振荡信号的相位差是否在预先设定的范围内，如果是，则改变所述ILRO的注入点位置和相位插值的输出点位置，使所述注入信号和所述ILRO的自由振荡信号的相位差落在预先设定的范围之外。2.根据权利要求1所述的基于注入锁定环形振荡器的相位插值电路，其特征在于，所述ILRO有两个，分别为第一ILRO和第二ILRO，两个ILRO的注入点位置和相位插值的输出点位置不同；所述控制器通过在所述两个ILRO之间切换，实现改变所述ILRO的注入点位置和相位插值的输出点位置的功能，使所述注入信号和所述ILRO的自由振荡信号的相位差落在预先设定的范围之外。3.根据权利要求2所述的基于注入锁定环形振荡器的相位插值电路，其特征在于，所述控制器包括：第一加法器，用于将所述采样器输出的采样结果与第一选择信号相加后输出，该第一选择信号用于控制第一ILRO的注入点位置；判决器，用于根据所述第一加法器的输出判断ILRO的注入信号和自由振荡信号的相位差是否在预先设定的范围内，并根据判断结果输出两个ILRO的使能信号和相位插值的输出点位置选择信号；第二加法器，用于将所述第一选择信号与判决阈值信号相加后输出，所述判决阈值信号表示所述预先设定的范围；组合器，用于将所述第二加法器的输出与所述第一选择信号相组合以形成第二选择信号，该第二选择信号用于控制第二ILRO的注入点位置；以及选择器，用于根据所述判决器输出的相位插值的输出点位置选择信号在第一ILRO和第二ILRO之间切换。4.根据权利要求3所述的基于注入锁定环形振荡器的相位插值电路，其特征在于，每个ILRO有两个相邻注入点位置，每个选择信号的m位最高有效位表示ILRO的两个相邻注入点位置，每个选择信号的n-m位最低有效位表示两个相邻注入点位置的注入信号强度之间的比例关系，其中m，n为整数并且n>m。5.根据权利要求2所述的基于注入锁定环形振荡器的相位插值电路，其特征在于，第一ILRO和第二ILRO的相位插值的输出点位置的输出信号之间的相位差是π/2。6.根据权利要求4所述的基于注入锁定环形振荡器的相位插值电路，其特征在于，每个所述注入点位置采用K+1路支路电流控制所述两个相邻注入点位置的注入信号强度之间的比例关系，其中K是相邻注入点温度计码控制的电路支流数目，每个支路电流是相同的，所述两个相邻注入点位置注入的总电流大小是不变的。7.一种基于注入锁定环形振荡器的相位插值电路的运行方法，其特征在于，所述电路包括至少一个注入锁定环形振荡器ILRO、采样器和控制器；所述方法包括以下步骤：所述I...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈领，
申请(专利权)人：上海炬力集成电路设计有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31