CN112994685A - 数字相位转换器提高输出线性度的方法 - Google Patents
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Abstract
一种数字相位转换器提高输出线性度的方法，通过在数字相位转换器中相位插值电路中增设N通道滤波器，该N通道滤波器以数字相位转换器中延时锁定环产生的多相位时钟作为控制时钟并采用循环开启的方式调制到目标频率，从而提高数字相位转换器的线性，其中：N为4的整倍数。本发明能够解决相位插值器的线性问题。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种数字信号处理领域的技术，具体是一种数字相位转换器提高输出线性度的方法。
背景技术
在系统中常有使用数字相位转换器产生一个指定相位的时钟的需求。根据一个输入的时钟产生0-360度中N个相位(由输入数字位数决定)。输入的数字值每增加1，产生的相位向先步进一格，但由于数字相位转换器中相位插值器本身的非理想性，每一格相位的步长都不均匀，即数字值与对应产生的相位之间非线性。现有技术通过改变权重系数得到理想不同相位输出时钟，但是实际电路中，时钟信号并不是单纯的正弦信号。其他不同频率的干扰导致输出时钟的变化不再按照理想公式变化而给相位插值器数字到相位的改变引入了非线性。为了减少这方面的非理想性，采用低通滤波器无法去除信号里的低频时钟，但对相位插值器的改善并不明显；其次，加入谐波抑制来进一步提高滤波性能也增加了电路额外的复杂性。采用LC带通滤波器的方式来实现理想的相位插值器性能，但是在集成电路中使用电感带来巨大的面积成本，而且LC的调整范围很小，导致相位插值器只能处理某个特定频率的时钟信号。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种数字相位转换器提高输出线性度的方法，能够解决相位插值器的线性问题。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明通过在数字相位转换器中相位插值电路中增设N通道滤波器，该N通道滤波器以数字相位转换器中延时锁定环产生的多相位时钟作为控制时钟并采用循环开启的方式调制到目标频率，从而提高数字相位转换器的线性，其中：N为4的整倍数。
所述的N通道滤波器包括：若干个并联的P型MOS管，其源极分别并联作为输入端，漏极分别并联作为输出端，栅极分别输入多相位时钟，其中：P型MOS管开启后和电容组成一个低通滤波器，经循环开启的方式该低通滤波器的固有频率调整至目标频率。
所述的P型MOS管的导通电阻
其中：W和L为MOS管的宽和长；μCox为MOS管的工艺参数，由使用的CMOS工艺决定；VDD为电路的电源电压；VT为mos管的阈值电压；P型MOS管越大对相位插值器的线性度的改善效果越好，但为占用的面积成本越多。
所述的多相位时钟是指：数字相位转换器中延时锁定环产生相位为0°、90°、180°、270°的时钟并分别输出至相位插值器和N通道滤波器，相位插值器将收到的时钟处理成Nbits数字信号对应的2^N个相位时钟并输出至N通道滤波器。
技术效果
本发明整体解决了由于数字相位转换器的非线性导致使用数字相位转换器的时钟在有线数据传输系统中不能精确的产生在最佳采样位置的问题。
与现有技术相比，本发明在数字相位转换器中使用N通道滤波器，减少了目标频率以外的其他频率能量对相位插值器工作的干扰，从而实现了一个高线性度的数字相位转换器；N通道滤波器的控制时钟同时又是通过相位插值器的输入产生，因此滤波通带可以自动跟随相位插值器输入频率变化。因此优化线性度的效果，可以对数字相位转换器对任何频率的输入都有效。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为N通道滤波器的结构示意图；
图3为打开N通道滤波器前、后DNL的数据图；
图中：a为N通道滤波器打开前；b为N通道滤波器打开后。
具体实施方式
如图1所示，本实施例在传统的数字相位转换电路中增设N通道滤波器，该滤波器采用循环开启的方式调制到目标频率，从而提高数字相位转换器的线性度。
如图2所示，所述的相位插值器采用多相位时钟作为N通道滤波器的控制时钟。
由于和处理的信号同频，所以带通频点能够准确跟随数字相位转换器处理的时钟信号频率。
将N通道滤波器在打开和关闭的情况下，将使用N通道滤波器的数字相位转换器和在同一数字相位转换器中短路N通道滤波器使其失去效果两种模式进行比较，对输出相位与输入数字值进行扫描，对获取的数据进行差分非线性(DNL)换算，该DNL的换算公式为：DNL＝(实际步长-理想步长)/理想步长。
如图3a所示，在打开N通道滤波器前，数字相位转换器的输出相位DNL为-0.25到0.15个LSB；如图3b所示，在打开N通道滤波器后，数字相位转换器的输出相位DNL改善到-0.1到0.05个LSB。
与现有技术相比本发明的优势在于：使用LC带通滤波器的方案较集成电感降低了成本，同时能够处理各种频率的信号；较使用低通滤波器加上谐波抑制的方案滤除了低频干扰。
经过在40℃下对使用台积电40纳米工艺制造本发明电路进行实际实验，输入相位为0°、90°、180°、270°的8GHz时钟，和从0到127的数字输入。对每一个数字输入对应的数字相位转换器输出的时钟相位进行记录。对记录的数据进性计算换算公式为：DNL＝(实际步长-理想步长)/理想步长。
在按照本方法使用N通道滤波器和通过短路是N通道滤波器失效，两种情况下得到的线性度指标(DNL)进行比较，得到图3(a)和、(b)。如图可见，本方法能够将数字相位转换器的性能从0.25个LSB下降到0.1个LSB。有效的提高了数字相位转换器的线性度性能。因为LC滤波器成本巨大，导致并没有在实际工业设计中被采纳，现有接近技术为不添加滤波器的数字相位转换器。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。
Claims (4)
1.一种数字相位转换器提高输出线性度的方法，其特征在于，通过在数字相位转换器中相位插值电路中增设N通道滤波器，该N通道滤波器以数字相位转换器中延时锁定环产生的多相位时钟作为控制时钟并采用循环开启的方式调制到目标频率，从而提高数字相位转换器的线性，其中：N为4的整倍数。
2.根据权利要求1所述的数字相位转换器提高输出线性度的方法，其特征是，所述的N通道滤波器包括：若干个并联的P型MOS管，其源极分别并联作为输入端，漏极分别并联作为输出端，栅极分别输入多相位时钟，其中：P型MOS管开启后和电容组成一个低通滤波器，经循环开启的方式该低通滤波器的固有频率调整至目标频率。
3.根据权利要求1所述的数字相位转换器提高输出线性度的方法，其特征是，所述的P型MOS管的导通电阻
其中：W和L为MOS管的宽和长；μCox为MOS管的工艺参数，由使用的CMOS工艺决定；VDD为电路的电源电压；VT为mos管的阈值电压。
4.根据权利要求1所述的数字相位转换器提高输出线性度的方法，其特征是，所述的多相位时钟是指：数字相位转换器中延时锁定环产生相位为0°、90°、180°、270°的时钟并分别输出至相位插值器和N通道滤波器，相位插值器将收到的时钟处理成Nbits数字信号对应的2^N个相位时钟并输出至N通道滤波器。
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