内建式抖动测量技术(中)

2015-07-31 13:35:00   来源:eefocus   

关键字: 内建式  抖动测量技术

抖动放大电路设计架构 [7] [8] 

《图九 抖动放大电路之架构图与时序图》


周期对周期抖动量即为后一个周期边缘En+1和前一个周期边缘En之相位误差,因此若要实现抖动量放大就必需将En和En+1间之边缘时间差拉大。在本文中将采用电流对负载充放电之原理来达到抖动放大之功能。我们以图九来说明其操作原理。

抖动放大电路基本上是由两组不同电流量之电荷帮浦(Charge Pump;CP)与决策电路(Decision Circuit;DC)所组成,而分别由待测讯号SUT、一个周期延迟后之讯号SUTd与两者之组合来控制。其最基本的想法为利用不同充电斜率(即充电速度)搭配讯号不同起始点(即转态边缘)之特性,来合成出具有较大抖动量的时脉边缘。而为了清楚解释其放大原理,我们将SUT(S)与SUTd((Sd)依相位关系区分成四个区间,然后分别探讨在不同区间内的操作情形。如表一所示。

(表一) 电荷帮浦操作状态表 

搭配图九与表一之叙述,从中可以得知在初始状态时因SUT与SUTd为低电位,开关皆turn off,所以并无任何电流对负载做充电因此输出结果(f1、f2)将为低电位(VL)。但若当两个phase间有抖动存在时,SUT会为高电位而SUTd为低电位。此时f1会以(n+1)倍的电流对负载充电pull up,而f2因S3 turn off所以将保持前一状态的低电位。接着经过Δτ的时间后,SUTd也pull high,促使S3 turn on、S1 turn off,此时f1和f2将一起以I的速度往高电位移动。但是仔细观察Region II和Region III之过程,因在Δτ的这段时间里f1先以较快的速度启动,若Region III在相同充电的斜率条件下(电流量皆为I)其会先到达稳态位准;而接着再经过n*Δτ时间后,f2才也会到达此位准。此时从图九中可以看出f1、f2与所设定的临界电压(Vth)有两个交点,若用两组决策电路将转态点判断出来即可产生两组不同相位差的输出讯号(Out1、Out2)。所以利用上述之条件,我们可以简单以公式一来表示出输出与输入间的关系:

《公式一》

其中fOUT为Out1、Out2间的相位差(放大后之周期对周期抖动量)、fIN为SUT、SUTd间的相位差(放大前之周期对周期抖动量),而A即代表放大倍率。

利用上述概念,本创作即可将时脉讯号之周期对周期抖动量加以放大,来弥补时间-数位转换电路的不足。然而单纯光靠电流充电能力的行为模式来达成放大目的,会面临电路操作瓶颈进而导致测试误差产生,例如放大倍率的非线性或是操作频率变化等,接下来我们会针对这些效应提出解决之道。

抖动放大电路及Pulse Remover设计的分析 
(表二) 符号表示 


在抖动放大电路基本设计中,因为是使用电流对负载充放电之速率来达到抖动放大,因此先针对充放电位准以及时间作定义。如表二所示。

图十(a)中,通常抖动放大电路在低速率操作时,因其抖动量相较于半个周期时间所占的比例较小,因此电荷帮浦输出(f1、f2)到达高稳态点时间(ts1、ts2)通常会小于负缘转态点时间tf。
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编辑:什么鱼
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