內(nèi)建式抖動(dòng)測(cè)量技術(shù)（中）
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時(shí)間：2017-01-09
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《圖九 抖動(dòng)放大電路之架構(gòu)圖與時(shí)序圖》
周期對(duì)周期抖動(dòng)量即為后一個(gè)周期邊緣En+1和前一個(gè)周期邊緣En之相位誤差，因此若要實(shí)現(xiàn)抖動(dòng)量放大就必需將En和En+1間之邊緣時(shí)間差拉大。在本文中將采用電流對(duì)負(fù)載充放電之原理來(lái)達(dá)到抖動(dòng)放大之功能。我們以圖九來(lái)說(shuō)明其操作原理。
抖動(dòng)放大電路基本上是由兩組不同電流量之電荷幫浦（Charge Pump；CP）與決策電路（Decision Circuit；DC）所組成，而分別由待測(cè)訊號(hào)SUT、一個(gè)周期延遲后之訊號(hào)SUTd與兩者之組合來(lái)控制。其最基本的想法為利用不同充電斜率（即充電速度）搭配訊號(hào)不同起始點(diǎn)（即轉(zhuǎn)態(tài)邊緣）之特性，來(lái)合成出具有較大抖動(dòng)量的時(shí)脈邊緣。而為了清楚解釋其放大原理，我們將SUT（S）與SUTd（（Sd）依相位關(guān)系區(qū)分成四個(gè)區(qū)間，然后分別探討在不同區(qū)間內(nèi)的操作情形。如表一所示。
(表一) 電荷幫浦操作狀態(tài)表
搭配圖九與表一之?dāng)⑹?，從中可以得知在初始狀態(tài)時(shí)因SUT與SUTd為低電位，開(kāi)關(guān)皆turn off，所以并無(wú)任何電流對(duì)負(fù)載做充電因此輸出結(jié)果（f1、f2）將為低電位（VL）。但若當(dāng)兩個(gè)phase間有抖動(dòng)存在時(shí)，SUT會(huì)為高電位而SUTd為低電位。此時(shí)f1會(huì)以（n+1）倍的電流對(duì)負(fù)載充電pull up，而f2因S3 turn off所以將保持前一狀態(tài)的低電位。接著經(jīng)過(guò)Δτ的時(shí)間后，SUTd也pull high，促使S3 turn on、S1 turn off，此時(shí)f1和f2將一起以I的速度往高電位移動(dòng)。但是仔細(xì)觀(guān)察Region II和Region III之過(guò)程，因在Δτ的這段時(shí)間里f1先以較快的速度啟動(dòng)，若Region III在相同充電的斜率條件下（電流量皆為I）其會(huì)先到達(dá)穩(wěn)態(tài)位準(zhǔn)；而接著再經(jīng)過(guò)n*Δτ時(shí)間后，f2才也會(huì)到達(dá)此位準(zhǔn)。此時(shí)從圖九中可以看出f1、f2與所設(shè)定的臨界電壓（Vth）有兩個(gè)交點(diǎn)，若用兩組決策電路將轉(zhuǎn)態(tài)點(diǎn)判斷出來(lái)即可產(chǎn)生兩組不同相位差的輸出訊號(hào)（Out1、Out2）。所以利用上述之條件，我們可以簡(jiǎn)單以公式一來(lái)表示出輸出與輸入間的關(guān)系：
《公式一》
其中fOUT為Out1、Out2間的相位差（放大后之周期對(duì)周期抖動(dòng)量）、fIN為SUT、SUTd間的相位差（放大前之周期對(duì)周期抖動(dòng)量），而A即代表放大倍率。
利用上述概念，本創(chuàng)作即可將時(shí)脈訊號(hào)之周期對(duì)周期抖動(dòng)量加以放大，來(lái)彌補(bǔ)時(shí)間-數(shù)位轉(zhuǎn)換電路的不足。然而單純光靠電流充電能力的行為模式來(lái)達(dá)成放大目的，會(huì)面臨電路操作瓶頸進(jìn)而導(dǎo)致測(cè)試誤差產(chǎn)生，例如放大倍率的非線(xiàn)性或是操作頻率變化等，接下來(lái)我們會(huì)針對(duì)這些效應(yīng)提出解決之道。
抖動(dòng)放大電路及Pulse Remover設(shè)計(jì)的分析
(表二) 符號(hào)表示
在抖動(dòng)放大電路基本設(shè)計(jì)中，因?yàn)槭鞘褂秒娏鲗?duì)負(fù)載充放電之速率來(lái)達(dá)到抖動(dòng)放大，因此先針對(duì)充放電位準(zhǔn)以及時(shí)間作定義。如表二所示。
圖十(a)中，通常抖動(dòng)放大電路在低速率操作時(shí)，因其抖動(dòng)量相較于半個(gè)周期時(shí)間所占的比例較小，因此電荷幫浦輸出（f1、f2）到達(dá)高穩(wěn)態(tài)點(diǎn)時(shí)間（ts1、ts2）通常會(huì)小于負(fù)緣轉(zhuǎn)態(tài)點(diǎn)時(shí)間tf。
評(píng)論