CN103795404A

CN103795404A - 一种相位插值器电路及相位插值信号处理方法

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Publication number: CN103795404A
Application number: CN201210428077.XA
Authority: CN
Inventors: 刘昌�
Original assignee: ZTE Corp
Current assignee: Sanechips Technology Co Ltd
Priority date: 2012-10-31
Filing date: 2012-10-31
Publication date: 2014-05-14
Anticipated expiration: 2032-10-31
Also published as: CN103795404B

Abstract

本发明公开了一种相位插值器电路及相位插值信号处理方法，用于解决现有技术中相位插值器电路存在的输出信号非线性，精度低，影响相位插值器电路的后级电路正常工作的问题。本发明实施例中，在现有相位插值器电路中加入辅数模转换装置控制电路，通过根据主数模转换装置输入NMOS管的电流信号，以及时钟信号输入端输入的时钟信号，辅助主数模转换装置对NMOS管的电流信号进行调整，从而补偿主数模转换装置对NMOS管输入电流的缺陷，使NMOS管源极处始终处于一个较低电位，降低了线性主数模转换装置对相位插值器电路输出信号的影响，有效提高了相位插值器输出信号的精度。

Description

一种相位插值器电路及相位插值信号处理方法

技术领域

本发明涉及电路领域，尤其涉及一种相位插值器电路及相位插值信号处理方法。

背景技术

相位插值器作为调整电路时钟相位的器件被广泛应用于高速数模混合电路中，例如，PPL（Phase Locked Loop，锁相回路），并/串行转换器或者串/并行转换器（serdes）。

参阅图1所示为现有技术中的相位插值器电路，包含第一电阻101，第二电阻102，NMOS（N-Metal-Oxide-Semiconductor type Field Effect Transistor，N型金属-氧化物-半导体场效应）管103，NMOS管104，NMOS管105，NMOS管106，NMOS管107，NMOS管108，NMOS管109，NMOS管110，时钟信号输入端CLK_I，CLK_IB，CLK_Q,CLK_QB，相位插值器电路信号输入端（Digital Control），主数模转换装置（Main DAC）115，相位插值器电路信号正信号输出端OUTP和相位插值器电路信号负信号输出端OUTN。其中，CLK_I和CLK_Q为相互正交的正时钟信号；CLK_IB和CLK_QB为相互正交的反时钟信号。

随着数模混合电路速度的不断提高，对相位插值器电路精度的要求也不断提高。在图1所示的相位插值器电路中，主数模转换装置115输出电流为线性电流，用于控制流经NMOS管的电流大小，改变时钟输入信号的幅值，从而改变输出信号的相位。当时钟信号输入端CLK_I，CLK_IB，CLK_Q,CLK_QB通电输入时钟信号时，时钟信号输入端CLK_I，CLK_IB，CLK_Q,CLK_QB输入的时钟信号为标准输入信号，即为幅值与相位均符合要求的时钟信号。当上述时钟信号输入NMOS管103～110，并且主数模转换装置115对NMOS管103~110的电流补偿后，由于相位插值器电路的固有特性以及主数模转换装置115的特性导致信号输出端OUTP和OUTN的输出信号为非线性信号。

因此，现有技术中的相位插值器电路输出信号的INL（Integral nonlinearity，积分非线性）以及DNL(Differential Nonlinearity，差分非线性)往往会存在1~5个LSB，并且，由于相位插值器电路的工作频率为GHz以上，因此，相位插值器电路的寄生电容对电路产生的影响将不能忽略，导致输出信号相位的改变，输出信号的幅值随相位的变化而变化。因此，现有技术中的相位插值器电路输出信号为非线性输出信号，影响相位插值器电路的后级电路的正常工作。

发明内容

本发明实施例提供一种相位插值器电路及相位插值信号处理方法，用以解决现有技术中相位插值器电路存在的输出信号非线性，精度低，影响相位插值器电路的后级电路正常工作的问题。

本发明实施例提供的具体技术方案如下：

一种相位插值器电路，包括场效应管开关电路，主数模转换装置和辅数模转换装置，其中，

所述场效应管开关电路通过自身的第一端口与时钟信号输入端连接，通过自身的第二端口与信号输出端相连接，并通过自身的第三端口分别与辅数模转换装置和主数模转换装置相连接；

所述主数模转换装置通过自身的第一端口与数字信号输入端相连接，用于将数字信号输入端输入的数字信号转换为模拟电流信号，并将转换的模拟电流信号通过自身的第二端口输出给场效应管开关电路，用以调整场效应管开关电路的电流信号；

所述辅模转换装置通过自身的第一端口与数字信号输入端相连接，用于根据主数模转换装置输出给场效应管开关电路的模拟电流信号，以及时钟信号输入端输入的时钟信号，将数字信号输入端输入的数字信号转换为需要为场效应管开关电路进行高阶补偿的模拟电流信号，并将转换的模拟电流信号通过自身的第二端口输出给场效应管开关电路，用以辅助主数模转换装置调整场效应管开关电路的电流信号。

一种相位插值器电路，包括四个场效应管开关电路，每个场效应管开关电路分别连接一个辅数模转换装置，和一个主数模转换装置，其中，

每个场效应管开关电路分别通过自身的第一端口与时钟信号输入端连接，通过自身的第二端口分别与信号输出端相连接，并通过自身的第三端口分别与和自身连接的辅数模转换装置和主数模转换装置相连接；

所述主辅数模转换装置通过自身的第一端口与数字信号输入端相连接，用于将数字信号输入端输入的数字信号转换为模拟电流信号，并将转换的模拟电流信号通过自身的第二端口输出给所述四个场效应管开关电路，用以调整场效应管开关电路的电流信号；

每个辅模转换装置分别通过自身的第一端口与数字信号输入端相连接，用于根据主数模转换装置输出给场效应管开关电路的模拟电流信号，以及时钟信号输入端输入的时钟信号，将数字信号输入端输入的数字信号转换为需要为场效应管开关电路进行高阶补偿的模拟电流信号，并将转换的模拟电流信号分别通过自身的第二端口输出给与自身连接的场效应管开关电路，用以辅助主数模转换装置调整与自身连接的场效应管开关电路的电流信号。

一种相位插值信号处理方法，包括：

主数模转换装置将信号输入端输入的数字信号转换为模拟电流信号，并输出至场效应管开关电路；

辅数模转换装置根据主数模转换装置输出给场效应管开关电路的模拟电流信号，将信号输入端输入的数字信号转换为需要为场效应管开关电路进行高阶补偿的模拟电流信号，并将转换的模拟电流信号输出给场效应管开关电路；

场效应管开关电路根据接收到的时钟信号，主数模转换装置发送的模拟电流信号和辅数模转换装置发送的模拟电流信号，对输出信号进行调整，并将调整后的信号发送至信号输出端。

本发明实施例中，在现有相位插值器电路中加入数模转换装置控制电路，通过对NMOS管源极电流信号的调整，使NMOS管源极电流为非线性，NMOS管源极处始终处于一个较低电位，降低了线性主数模转换装置对相位插值器电路输出信号的影响，以及避免了相位插值器电路中寄生电容对输出信号的影响，有效提高了相位插值器输出信号的精度。

附图说明

图1为现有技术中相位插值器电路的电路示意图；

图2为本发明实施例中高阶补偿的相位插值器电路的电路示意图。

具体实施方式

为了解决现有技术中相位插值器电路存在的输出信号非线性，精度低，影响相位插值器电路的后级电路正常工作的问题。本发明实施例中，在现有相位插值器电路中加入数模转换装置控制电路，通过根据主数模转换装置输入NMOS管的电流信号，以及时钟信号输入端输入的时钟信号，对NMOS管的电流信号进行调整，从而补偿主数模转换装置对NMOS管输入电流的缺陷，使NMOS管源极电流为非线性，NMOS管源极处始终处于一个较低电位，降低了线性主数模转换装置对相位插值器电路输出信号的影响，以及避免了相位插值器电路中寄生电容对输出信号的影响，有效提高了相位插值器输出信号的精度。

下面结合附图对本发明优选的实施方式进行详细说明。

参阅图2所示，本发明实施例中，相位插值器电路包括场效应管开关电路，主数模转换装置和辅数模转换装置，其中，

场效应管开关电路20，通过自身的第一端口与时钟信号输入端连接，通过自身的第二端口与信号输出端相连接，并通过自身的第三端口分别与辅数模转换装置21和主数模转换装置115相连接；

主数模转换装置115，通过自身的第一端口与数字信号输入端相连接，用于将数字信号输入端输入的数字信号转换为模拟电流信号，并将转换的模拟电流信号通过自身的第二端口输出给场效应管开关电路20，用以调整场效应管开关电路20的电流信号；

辅模转换装置21，通过自身的第一端口与数字信号输入端相连接，用于根据主数模转换装置115输出给场效应管开关电路20的模拟电流信号，将数字信号输入端输入的数字信号转换为需要为场效应管开关电路20进行高阶补偿的模拟电流信号，并将转换的模拟电流信号通过自身的第二端口输出给场效应管开关电路20，用以辅助主数模转换装置115调整场效应管开关电路20的电流信号。

上述场效应管开关电路20通过自身的第一端口（即栅极）与时钟信号输入端连接，通过自身的第二端口（即漏极）与信号输出端相连接，并通过自身的第三端口（即源极）分别与辅数模转换装置21和主数模转换装置115相连接。且场效应管开关电路中包含两个NMOS管，当相位插值器电路通电时，该两个NMOS管中总是仅有一个处于导通状态。

下面结合具体场景对相位插值器电路进行具体分析，参阅图2所示，当相位插值器电路中包含四个场效应管开关电路，每个场效应管开关电路分别连接一个辅数模转换装置，和一个主数模转换装置，其中：

第一辅数模转换装置111通过自身的第一端口与第一NMOS管103的源极，以及第二NMOS管104的源极相连接，通过自身的第二端口与数字信号输入端相连接，用于将数字信号转换为模拟电流信号，辅助主数模转换装置115调整中第一NMOS管103和第二NMOS管104的电流信号；第二辅数模转换装置112通过自身的第一端口与第三NMOS管105的源极，以及第四NMOS管106的源极相连接，通过自身的第二端口与数字信号输入端相连接，用于将数字信号转换为模拟电流信号，辅助主数模转换装置115调整中第三NMOS管105和第四NMOS管106的电流信号；第三辅数模转换装置113，通过自身的第一端口与第五NMOS管107的源极，以及第六NMOS管108的源极相连接，通过自身的第二端口与数字信号输入端相连接，用于将数字信号转换为模拟电流信号，辅助主数模转换装置调整中第五NMOS管107和第六NMOS管108的电流信号；第四辅数模转换装置114通过自身的第一端口与第七NMOS管109的源极，以及第八NMOS管110的源极相连接，通过自身的第二端口与数字信号输入端相连接，用于将数字信号转换为模拟电流信号，辅助主数模转换装置调整中第七NMOS管109和第八NMOS管110的电流信号。

在上述相位插值器电路中，辅数模转换装置对其对应的场效应管开关电路的电流信号进行调整，包括对电流信号的大小和相位的调整。

第一电阻101一端与电源VDD连接，另一端与相位插值器电路的正信号输出端OUTP连接；第二电阻102一端与电源VDD连接，另一端与相位插值器电路的负信号输出端OUTN连接；第一NMOS管103的漏极与相位插值器电路的正信号输出端OUTP连接，其栅极与相位插值器电路的时钟信号输入端CLK_I连接，其源极与第一辅数模转换装置111连接；第二NMOS管104的漏极与相位插值器电路的负信号输出端OUTN连接，其栅极与相位插值器电路的时钟信号输入端CLK_IB连接，其源极与第一辅数模转换装置111连接；第三NMOS管105的漏极与相位插值器电路的正信号输出端OUTP连接，其栅极与相位插值器电路的时钟信号输入端CLK_IB连接，其源极与第二辅数模转换装置112连接；第四NMOS管106的漏极与相位插值器电路的负信号输出端OUTN连接，其栅极与相位插值器电路的时钟信号输入端CLK_I连接，其源极与第二辅数模转换装置112连接；第五NMOS管107的漏极与相位插值器电路的正信号输出端OUTP连接，其栅极与相位插值器电路的时钟信号输入端CLK_Q连接，其源极与第三辅数模转换装置113连接；第六NMOS管108的漏极与相位插值器电路的负信号输出端OUTN连接，其栅极与相位插值器电路的时钟信号输入端CLK_QB连接，其源极与第三辅数模转换装置113连接；第七NMOS管109的漏极与相位插值器电路的正信号输出端OUTP连接，其栅极与相位插值器电路的时钟信号输入端CLK_QB连接，其源极与第四辅数模转换装置114连接；第八NMOS管110的漏极与相位插值器电路的负信号输出端OUTN连接，其栅极与相位插值器电路的时钟信号输入端CLK_Q连接，其源极与第四辅数模转换装置114连接。

本发明实施例中，数模转换装置111~114均为可将数字信号转换为模拟电流信号的装置，且通过上述数模转换装置转换得到的模拟电流大小为可调值，根据相位插值器电路中的具体情况调节各个数模转换装置输出的模拟电流的大小。数模转换装置111~114将数字信号转换为模拟的电流信号，可调节的电流值的范围为

倍的主数模转换装置电流值。其中，辅数模转换装置输出电流值根据主数模转换装置向场效应管开关电路中输入的电流值以及场效应管开关电路的输入时钟信号大小而动态变化，从而动态调整相位插值器电路输出信号，保证了相位插值器电路输出信号的稳定性和精度。

此外，在图2所示电路中，第一NMOS管103的漏极与第二NMOS管104的漏极相交于点a，第一辅数模转换装置111一端与a点连接；第三NMOS管105的漏极与第四NMOS管106的漏极相交于点b，第二辅数模转换装置112的一端与点b连接；第五NMOS管107的漏极与第六NMOS管108的漏极相交于点c，第三辅数模转换装置113的一端与点c连接；第七NMOS管109的漏极与第八NMOS管110的漏极相交于点d，第四辅数模转换装置114的一端与点d连接。并且，图2所示电路中，第一辅数模转换装置111的另一端与相位插值器电路的数字信号输入端Digital Control连接，第二辅数模转换装置112的另一端与相位插值器电路的数字信号输入端Digital Control连接，第三辅数模转换装置113的另一端与相位插值器电路的数字信号输入端Digital Control连接，第四辅数模转换装置114的另一端与相位插值器电路的数字信号输入端Digital Control连接。主数模转换装置115的输入端与相位插值器电路的数字信号输入端Digital Control连接。

由图2所示电路图可知，电源VDD的电流，经第一电阻101流至第一NMOS管103，第三NMOS管105，第五NMOS管107，第七NMOS管109的漏极；电源VDD的电流，经第二电阻102流至第二NMOS管104，第四NMOS管106，第六NMOS管108，第八NMOS管110的漏极；时钟信号输入端CLK_I的时钟信号发送至第一NMOS管103和第四NMOS管106的栅极；时钟信号输入端CLK_IB的时钟信号发送至第二NMOS管104和第三NMOS管105的栅极；时钟信号输入端CLK_Q的时钟信号发送至第五NMOS管107和第八NMOS管110的栅极；时钟信号输入端CLK QB的时钟信号发送至第六NMOS管108和第七NMOS管109的栅极；最终上述电流信号流至第一NMOS管103源极与第二NMOS管104源极，第三NMOS管105源极与第四NMOS管106源极，第五NMOS管107源极与第六NMOS管108源极，第七NMOS管109源极与第八NMOS管110源极。

此外，主数模转换装置115将信号输入端输入的数字信号转换为模拟电流信号，并输出至NMOS管103~110；第一辅数模转换装置111根据主数模转换装置输出给场效应管开关电路的模拟电流信号，将信号输入端输入的数字信号转换为需要为场效应管开关电路进行高阶补偿的模拟电流信号，并将转换的模拟电流信号输出给第一NMOS管103源极与第二NMOS管104源极；第二辅数模转换装置112根据主数模转换装置输出给场效应管开关电路的模拟电流信号，将信号输入端输入的数字信号转换为需要为场效应管开关电路进行高阶补偿的模拟电流信号，并将转换的模拟电流信号输出给第三NMOS管105源极与第四NMOS管106源极；第三辅数模转换装置113根据主数模转换装置输出给场效应管开关电路的模拟电流信号，将信号输入端输入的数字信号转换为需要为场效应管开关电路进行高阶补偿的模拟电流信号，并将转换的模拟电流信号输出给第五NMOS管107源极与第六NMOS管108源极；第四辅数模转换装置114根据主数模转换装置输出给场效应管开关电路的模拟电流信号，将信号输入端输入的数字信号转换为需要为场效应管开关电路进行高阶补偿的模拟电流信号，并将转换的模拟电流信号输出给第五NMOS管107源极与第六NMOS管108源极。

由上述信号传输过程可知，第一辅数模转换装置111，第二辅数模转换装置112，第三辅数模转换装置113，第四辅数模转换装置114与主数模转换装置115共同为NMOS管103～110提供电流，控制流经NMOS管的电流大小，有效避免了仅有主数模转换装置115控制相位插值器电路时，主数模转换装置115的电流线性输出与相位插值器电路的固有特性导致相位插值器电路输出信号非线性，误差大的问题，采用多数模转换装置共同作用调节流经NMOS管的电流，使a，b，c，d四点均保持较低的点位，降低电路固有特性对相位插值器电路输出信号的影响。

因此，结合上述分析，并参阅图2可知，相位插值器电路的正信号输出端OUTP的输出电压计算公式为：

V_OUTP=VDD-I₁R₁₀₁

相位插值器电路的负信号输出端OUTN的输出电压计算公式为：

V_OUTN=VDD-I₂R₁₀₂

由上述计算公式可知，相位插值器电路的输出信号取决于电流I₁和I₂，当I₁和I₂稳定输出，即I₁和I₂为线性信号时，则输出信号为线性输出，从而保证了相位插值器电路的输出信号的精度。

综上所述，本发明实施例中，相位插值器电路包括与第一NMOS管103的源极，以及第二NMOS管104的源极相连接的第一辅数模转换装置；与第三端口3与第三NMOS管105的源极，以及第四NMOS管106的源极相连接的第二辅数模转换装置；与第五端口5与第五NMOS管107的源极，以及第六NMOS管108的源极相连接的第三辅数模转换装置；与第七端口7与第七NMOS管109的源极，以及第八NMOS管110的源极相连接的第四辅数模转换装置。上述第一辅数模转换装置111，第二辅数模转换装置112，第三辅数模转换装置113，第四辅数模转换装置114输出电流根据主数模转换装置输出电流的变化而变化，最终与与主数模转换装置115输出电流叠加，流入NMOS管103~110，从而调节整个相位插值器电路的电流，保证相位插值器电路中的电流为线性值，即可保证相位插值器电路的输出信号的幅值和相位稳定变化。采用辅数模转换装置辅助主数模转换装置可以动态调整相位插值器电路输出信号，有效防止寄生电容对输出信号产生的干扰，从而保证了相位插值器电路输出信号的精度，为相位插值器电路的后级电路正常工作提供了保障。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备（***）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明实施例的精神和范围。这样，倘若本发明实施例的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种相位插值器电路，其特征在于，包括场效应管开关电路，主数模转换装置和辅数模转换装置，其中，

2.如权利要求1所述的相位插值器电路，其特征在于，所述场效应管开关电路包括第一N型金属-氧化物-半导体场效应晶体管NMOS和第二NMOS；

所述场效应管开关电路通过自身的第一端口与时钟信号输入端连接，通过自身的第二端口与信号输出端相连接，并通过自身的第三端口分别与辅数模转换装置和主数模转换装置相连接，具体为：

所述第一NMOS的漏极与正信号输出端OUTP连接，其栅极与时钟信号输入端连接，其源极分别与辅数模转换装置和主数模转换装置连接；

所述第二NMOS的漏极与负信号输出端OUTN连接，其栅极与时钟信号输入端连接，其源极分别与辅数模转换装置和主数模转换装置连接。

3.如权利要求1所述的相位插值器电路，其特征在于，所述辅助数模转换装置为将数字信号转化为电流值大小可调的模拟电流信号的装置，其中，所述电流值的调整范围为

倍的主数模转换装置电流值。

4.一种相位插值器电路，其特征在于，包括四个场效应管开关电路，每个场效应管开关电路分别连接一个辅数模转换装置，和一个主数模转换装置，其中，

5.如权利要求4所述的相位插值器电路，其特征在于，所述四个场效应管开关电路均包括第一N型金属-氧化物-半导体场效应晶体管NMOS和第二NMOS；

6.如权利要求4所述的相位插值器电路，其特征在于，所述四个辅助数模转换装置均为将数字信号转化为电流值大小可调的模拟电流信号的装置，其中，所述电流值的调整范围为

倍的主数模转换装置电流值。

7.如权利要求4至6任一项所述的相位插值器电路，其特征在于，所述相位插值器电路还包括第一电阻，第二电阻，其中：

所述第一电阻通过自身的第一端口与电源VDD连接，通过自身的第二端口与正信号输出端OUTP连接；

所述第二电阻通过自身的第一端口与电源VDD连接，通过自身的第二端口与负信号输出端OUTN连接。

8.一种相位插值信号处理方法，其特征在于，包括：

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述主数模转换装置与辅数模转换装置对输出信号进行调整，包括：

将所述主数模转换装置发送的模拟电流信号和所述辅数模转换装置发出的模拟电流信号在场效应管中进行叠加，输出另一时钟信号，对输出信号进行补偿。