內(nèi)建式抖動(dòng)測(cè)量技術(shù)（中）
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以邊緣檢測(cè)達(dá)到脈波吞噬效果
《圖十三 (a)所提出之抖動(dòng)放大電路；(b)邊緣檢測(cè)電路操作示意圖》
因此本文將采用邊緣檢測(cè)（edge detection）之技術(shù)來(lái)達(dá)到脈波吞噬的效果，如圖十三(a)所示。其主要包含兩大方塊：邊緣檢測(cè)器與脈波吞噬電路。首先，當(dāng)待測(cè)訊號(hào)啟動(dòng)后，為了維持放大倍率，需先進(jìn)行pulse remove的動(dòng)作。以圖十三(b)為例，SUT為待測(cè)訊號(hào)，EN為脈波吞噬電路所產(chǎn)生，E為經(jīng)過(guò)處理后的待測(cè)訊號(hào)。其中脈波吞噬電路是由MUX所實(shí)現(xiàn)，其可藉由控制s腳位來(lái)選擇EN訊號(hào)為SUT之/2、/4、/8、/16的結(jié)果。
此外EN接至邊緣檢測(cè)器的data input端，而SUT則接至clock input端。當(dāng)EN為高電位時(shí)，SUT 正緣產(chǎn)生后會(huì)取樣到Hi，因此訊號(hào)E馬上pull Hi。若此時(shí)我們選擇remove為/8時(shí)，如圖十二Case3所示，EN訊號(hào)會(huì)維持4*TSUT的時(shí)間后轉(zhuǎn)為低電位，因此當(dāng)SUT下一個(gè)正緣產(chǎn)生后，其會(huì)取樣到Low，促使訊號(hào)E pull down。
由圖中可以看出，訊號(hào)SUT經(jīng)轉(zhuǎn)換后成功remove掉3.5（=4-0.5）個(gè)cycles，且SUT訊號(hào)只經(jīng)過(guò)一顆ED。如此一來(lái)將可拉長(zhǎng)stable region，維持放大倍率，并也不會(huì)因?yàn)樽尨郎y(cè)訊號(hào)路徑太長(zhǎng)而改變?cè)戎秳?dòng)量。因此利用上述所提出抖動(dòng)放大技術(shù)搭配脈波吞噬觀念之單擷取量測(cè)法，將可在任何頻段下線性放大待測(cè)時(shí)脈抖動(dòng)，以利后段時(shí)間-數(shù)位轉(zhuǎn)換電路之抖動(dòng)量解析，并解決其因制程限制所造成準(zhǔn)確度不足的問(wèn)題。
時(shí)間-數(shù)位轉(zhuǎn)換電路（Time-to-Digital Converter；TDC）
《圖十四 所提出之時(shí)間-數(shù)位轉(zhuǎn)換電路》
在本文中我們提出新的時(shí)間-數(shù)位轉(zhuǎn)換電路，這是因?yàn)閭鹘y(tǒng)時(shí)間-數(shù)位轉(zhuǎn)換電路基本上皆是使用多級(jí)緩沖器或是延遲單元來(lái)產(chǎn)生多相位訊號(hào)，然后藉由取樣來(lái)得到數(shù)位碼。然而以目前0.13-um的制程來(lái)說(shuō)，其所能產(chǎn)生的最小緩沖延遲約為25-ps左右；亦即以整個(gè)系統(tǒng)來(lái)看，其能測(cè)試的最高解析度也等于25-ps，此規(guī)格在現(xiàn)今高速應(yīng)用中已無(wú)法滿足測(cè)試需求。
有鑒于此，我們將利用多工式振蕩器搭配相位內(nèi)插法，來(lái)實(shí)現(xiàn)一較高解析度之時(shí)間-數(shù)位轉(zhuǎn)換電路。如圖十四所示。其主要包含了一組多工式振蕩器（Muxed oscillator）、相位內(nèi)插電路（Phase Interpolator；PI）以及取樣編碼電路，當(dāng)中多工式振蕩器是用來(lái)產(chǎn)生多相位之參考訊號(hào)。相較傳統(tǒng)使用open loop delay chain，close loop因有回授機(jī)制，所以會(huì)具有較準(zhǔn)確的單位延遲時(shí)間，且較不易受到制程漂移之影響。另外因?yàn)槭鞘褂谜袷幵韥?lái)產(chǎn)生相位，所以可藉由測(cè)試振蕩頻推算出單位延遲時(shí)間，接著若再搭配使用內(nèi)插電路技術(shù)，將可大幅提升測(cè)試解析度。
《圖十五 多工式振蕩器之電路架構(gòu)圖》
多工式振蕩器是時(shí)間-數(shù)位轉(zhuǎn)換電路中最為重要的電路，因?yàn)槠浔匦枰来郎y(cè)訊號(hào)的上升緣，來(lái)振蕩出用來(lái)被取樣之多相位高速訊號(hào)。如圖十五所示，由兩個(gè)多工器、四級(jí)延遲單元以及重置電路所組成。其稱為多工式振蕩器是因?yàn)榇穗娐肪哂袃煞N操作模式，分別為振蕩模式（oscillating mode）與閂鎖模式（latching mode），模式之切換則由重置電路來(lái)決定。
相關(guān)操作原理如下。當(dāng)待測(cè)訊號(hào)正緣產(chǎn)生時(shí)，重置電路會(huì)輸出EN為低電路，此時(shí)多工器選擇到0。以圖十五所示，此時(shí)回路可視為一差動(dòng)振蕩器，持續(xù)穩(wěn)定提供多相位之高速參考訊號(hào)。然而通常于各系統(tǒng)中抖動(dòng)量皆不會(huì)超越半個(gè)周期，也就是（1/2）xUI，所以其實(shí)每個(gè)周期內(nèi)的抖動(dòng)測(cè)試皆會(huì)于半個(gè)周期內(nèi)結(jié)束，因此只需于待測(cè)電路的半個(gè)周期里產(chǎn)生出待取樣訊號(hào)。換句話說(shuō)就是只需讓多工式振蕩器工作半個(gè)周期后即可關(guān)閉。
因此當(dāng)待測(cè)訊號(hào)負(fù)邊緣一產(chǎn)生，重置電路會(huì)強(qiáng)制EN為高電位，此時(shí)多工器將由1的路徑輸出，也就是切換至閂鎖模式。由圖中可看出，此時(shí)整體振蕩回路已被切斷，輸入即為待測(cè)訊號(hào)，各延遲單元的輸出不是待測(cè)訊號(hào)的延遲、就是待測(cè)訊號(hào)的反向延遲，直至正邊緣又產(chǎn)生后，才會(huì)恢復(fù)振蕩模式以利抖動(dòng)之測(cè)試。
傳統(tǒng)時(shí)間-數(shù)位轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)上，通常會(huì)受到制程所能產(chǎn)生的最小閘延遲所限定。為了克服此問(wèn)題，我們采用了常見的相位內(nèi)插電路，來(lái)產(chǎn)生小于一個(gè)延遲單元可提供的延遲時(shí)間。相位內(nèi)插電路的直覺(jué)想法是希望能夠在兩個(gè)相鄰相位的信號(hào)之間產(chǎn)生一個(gè)新的信號(hào)，而其相位會(huì)介于這兩相鄰相位信號(hào)間，進(jìn)而達(dá)到提供更高相位解析度的信號(hào) [10]。
小結(jié)
以上我們介紹內(nèi)建抖動(dòng)測(cè)試想法與架構(gòu)，主要是想藉由放大輸入抖動(dòng)量來(lái)解決傳統(tǒng)測(cè)試法無(wú)法測(cè)試低抖動(dòng)量的問(wèn)題，并搭配上多工式振蕩之時(shí)間-數(shù)位轉(zhuǎn)換電路，來(lái)提升整體系統(tǒng)解析度。此外也依電路操作特性提出一脈波吞噬電路，使得此測(cè)試系統(tǒng)將可于各頻段進(jìn)行自我測(cè)試，將不會(huì)因操作速度而影響測(cè)試品質(zhì)。接著下一章節(jié)中，我們將利用HSpice來(lái)驗(yàn)證所提出之方法與架構(gòu)。
評(píng)論