DE212022000145U1

DE212022000145U1 - RTWO-basierter Frequenzvervielfacher

Info

Publication number: DE212022000145U1
Application number: DE212022000145.1U
Authority: DE
Original assignee: Analog Devices International ULC
Current assignee: Analog Devices International ULC
Priority date: 2021-02-02
Filing date: 2022-01-17
Publication date: 2024-02-16
Anticipated expiration: 2032-01-18
Also published as: WO2022167206A1

Abstract

Frequenzvervielfacher, umfassend:
einen Rotationswanderwellenoszillator (Rotary Traveling Wave Oscillator, RTWO), der eine als Ring verbundene differentielle Übertragungsleitung umfasst, wobei die differentielle Übertragungsleitung dazu ausgelegt ist, eine Wanderwelle zu übertragen, wobei der RTWO dazu ausgelegt ist, eine Mehrzahl von Taktsignalphasen einer ersten Frequenz zu generieren, und
einen Flankenkombinierer, der dazu ausgelegt ist, die Mehrzahl von Taktsignalphasen zu empfangen und ein Ausgangstaktsignal zu generieren, das eine zweite Frequenz aufweist, die ein Vielfaches der ersten Frequenz ist.

Description

Gebiet
Ausführungsformen der Erfindung betreffen elektronische Systeme und insbesondere Frequenzvervielfacher.
HINTERGRUND
Ein Rotationswanderwellenoszillator (Rotary Traveling Wave Oscillator, RTWO) ist eine Art elektronischer Oszillator, bei dem sich eine Wanderwelle um eine geschlossene Differenzschleife bewegt, die eine Überschneidung zum Umkehren der Polarität der Wanderwelle bei jedem Durchgang durch die Schleife aufweist. Außerdem bleibt die Energie der Wanderwelle durch Erhaltungsverstärker, die um die Schleife verteilt sind, erhalten. An einem beliebigen Punkt entlang der Schleife ist durch Abgreifen der Schleife ein differentielles Taktsignal verfügbar. Die Frequenz des differenziellen Taktsignals wird durch die Zeit bestimmt, die die Wanderwelle benötigt, um sich um die Schleife auszubreiten, und die Phase des differentiellen Taktsignals wird durch die Position entlang der Schleife bestimmt, an der das differentielle Taktsignal abgegriffen wird.
RTWOs können in einer Vielfalt von Anwendungen verwendet werden, die zum Beispiel Hochfrequenzsysteme, optische Netzwerke und/oder eine Chip-zu-Chip-Kommunikation umfassen. Zum Beispiel kann ein RTWO in einem Frequenz-Synthesizer verwendet werden, um ein Ausgangstaktsignal zu generieren, das eine kontrollierte Phasen- und Frequenzbeziehung zu einem Referenztaktsignal aufweist.
KURZDARSTELLUNG DER OFFENBARUNG
Es werden hier RTWO-basierte Frequenzvervielfacher bereitgestellt. In bestimmten Ausführungsformen umfasst ein RTWO-basierter Frequenzvervielfacher einen RTWO, der eine Mehrzahl von Taktsignalphasen einer ersten Frequenz generiert, und einen Flankenkombinierer, der die Taktsignalphasen verarbeitet, um ein Ausgangstaktsignal zu generieren, das eine zweite Frequenz aufweist, die ein Vielfaches der ersten Frequenz ist. Der Flankenkombinierer kann als eine logikbasierte Kombinationsschaltung implementiert werden, die die Taktsignalphasen (die Rechteckimpulse sein können) vom RTWO kombiniert. Zum Beispiel kann der Flankenkombinierer parallele Stapel von Transistoren umfassen, die mit unterschiedlichen Taktsignalphasen arbeiten, wobei die Stapel einen Ausgangsknoten nach unten (oder oben) ziehen, um das Ausgangstaktsignal mit vervielfachter Frequenz zu generieren.
In einem Aspekt umfasst ein Frequenzvervielfacher einen RTWO, der eine als Ring verbundene differentielle Übertragungsleitung umfasst, wobei die differentielle Übertragungsleitung dazu ausgelegt ist, eine Wanderwelle zu übertragen, wobei der RTWO dazu ausgelegt ist, eine Mehrzahl von Taktsignalphasen einer ersten Frequenz zu generieren. Der Frequenzvervielfacher umfasst ferner einen Flankenkombinierer, der dazu ausgelegt ist, die Mehrzahl von Taktsignalphasen zu empfangen und ein Ausgangstaktsignal zu generieren, das eine zweite Frequenz aufweist, die ein Vielfaches der ersten Frequenz ist.
In einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur Frequenzvervielfachung bereitgestellt. Das Verfahren umfasst: Generieren einer Mehrzahl von Taktsignalphasen einer ersten Frequenz unter Verwendung eines RTWO, der eine als Ring verbundene differentielle Übertragungsleitung umfasst, Bereitstellen einer Mehrzahl von Taktsignalphasen vom Ring des RTWO an einen Flankenkombinierer, und Kombinieren der Mehrzahl von Taktsignalphasen unter Verwendung des Flankenkombinierers, um ein Ausgangstaktsignal zu generieren, das eine zweite Frequenz aufweist, die ein Vielfaches der ersten Frequenz ist.
In einem anderen Aspekt umfasst ein Frequenzvervielfacher einen RTWO, der eine als Ring verbundene differentielle Übertragungsleitung umfasst, wobei die differentielle Übertragungsleitung dazu ausgelegt ist, eine Wanderwelle zu übertragen, wobei der RTWO dazu ausgelegt ist, eine Mehrzahl von Taktsignalphasen einer ersten Frequenz zu generieren. Der Frequenzvervielfacher umfasst ferner eine Einrichtung zum Flankenkombinieren der Mehrzahl von Taktsignalphasen, um ein Ausgangstaktsignal zu generieren, das eine zweite Frequenz aufweist, die ein Vielfaches der ersten Frequenz ist.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1A ist ein schematisches Diagramm eines RTWO-basierten Frequenzvervielfachers gemäß einer Ausführungsform.
1B ist ein schematisches Diagramm eines RTWO-basierten Frequenzvervielfachers gemäß einer anderen Ausführungsform.
2A ist ein schematisches Diagramm eines RTWO-basierten Frequenzvervielfachers gemäß einer anderen Ausführungsform.
2B ist ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform eines Segments für einen RTWO.
3A ist ein schematisches Diagramm eines Flankenkombinierers und eines Induktivität-Kondensator-Filters (LC-Filters) gemäß einer Ausführungsform.
3B ist ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform eines Abstimmkondensatorarrays eines LC-Filters.
3C ist ein Beispiel für Zeitdiagramme für einen Flankenkombinierer.
4 ist ein schematisches Diagramm eines Taktbaumlayouts für einen RTWO-basierten Frequenzvervielfacher gemäß einer Ausführungsform.
5 ist ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform eines Ausgangspuffers für einen RTWO-basierten Frequenzvervielfacher.
6 ist ein schematisches Diagramm einer Taktphasenfehler-Abstimmschaltung gemäß einer Ausführungsform.
7 ist ein schematisches Diagramm einer Taktphasenfehler-Abstimmschaltung gemäß einer anderen Ausführungsform.
8 ist ein schematisches Diagramm eines RTWO-basierten Frequenzvervielfachers gemäß einer anderen Ausführungsform.
9 ist ein schematisches Diagramm eines Frequenzvervielfachungssystems gemäß einer Ausführungsform.
10A zeigt ein Beispiel für Diagramme eines Oberwellenunterdrückungsverhältnisses (Harmonic Rejection Ratio, HRR) für eine Grundschwingung, eine zweite und eine dritte Harmonische im Vergleich mit einer Ausgangsfrequenz für eine Ausführungsform eines RTWO-basierten Frequenzvervielfachers.
10B zeigt ein Beispiel für Diagramme eines HRR einer fünften Harmonischen im Vergleich mit einer Ausgangsfrequenz mit und ohne Phasenfehlerkalibrierung für eine Ausführungsform eines RTWO-basierten Frequenzvervielfachers.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die nachstehende ausführliche Beschreibung von Ausführungsformen stellt verschiedene Beschreibungen konkreter Ausführungsformen der Erfindung dar. Die Erfindung kann jedoch auf unterschiedlichste Weise verwirklicht werden. In dieser Beschreibung wird Bezug auf die Zeichnungen genommen, wobei gleiche Bezugszeichen identische oder funktional ähnliche Elemente anzeigen können. Es versteht sich, dass in den Figuren dargestellte Elemente nicht notwendigerweise maßstabgetreu gezeichnet sind. Des Weiteren versteht es sich, dass bestimmte Ausführungsformen mehr Elemente als in einer Zeichnung dargestellt und/oder eine Teilmenge der in einer Zeichnung dargestellten Elemente umfassen können. Außerdem können einige Ausführungsformen eine beliebige geeignete Kombination von Merkmalen aus zwei oder mehr Zeichnungen aufnehmen.
Wie ein Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet erkennen wird, umfasst ein Rotationswanderwellenoszillator (RTWO) eine differenzielle Übertragungsleitung, die in einem Ring mit einer ungeraden Anzahl von einer oder mehreren Überschneidungen (z. B. einem Möbius-Ring) verbunden ist, und eine Mehrzahl von Erhaltungsverstärkern, die entlang eines Pfads der differentiellen Übertragungsleitung elektrisch verbunden sind. Außerdem kehrt jede der Kreuzungen die Polarität einer Welle um, die sich entlang der differentiellen Übertragungsleitung ausbreitet, und die Erhaltungsverstärker versorgen die Welle mit Energie, um die Verluste der differentiellen Übertragungsleitung auszugleichen.
In bestimmten Implementierungen ist der Ring in gleichmäßig um den Ring verteilte Segmente unterteilt, wobei jedes Segment ein Paar Leiter umfasst, die sich von der differentiellen Übertragungsleitung erstrecken und zwischen denen ein Erhaltungsverstärker und mindestens ein Abstimmkondensatorarray verbunden sind. Zum Beispiel kann der Erhaltungsverstärker unter Verwendung eines Paars Back-to-Back-Inverter implementiert werden, die Verluste des Segments kompensieren und einen differentiellen Betrieb sicherstellen, während das Abstimmkondensatorarray dazu dient, die Schwingungsfrequenz des RTWO über einen großen Abstimmbereich abzustimmen und/oder eine feine Frequenzschrittgröße bereitzustellen.
RTWOs können in einer Vielfalt von Anwendungen verwendet werden, die zum Beispiel Hochfrequenzsysteme, optische Netzwerke und/oder eine Chip-zu-Chip-Kommunikation umfassen. Zum Beispiel kann ein RTWO in einem Frequenz-Synthesizer verwendet werden, um ein Ausgangstaktsignal zu generieren, das eine kontrollierte Phasen- und Frequenzbeziehung zu einem Referenztaktsignal aufweist.
Ein RTWO ist in der Lage, mehrere Taktsignalphasen bei Millimeterwellenfrequenzen (mmW-Frequenzen) zu generieren, während gleichzeitig ein geringes Phasenrauschen (Phase Noise, PN) erzielt wird. Zum Beispiel können RTWOs als ein Lokaloszillator (LO) in mmW-Radaren, die im 77-81-GHz-Band arbeiten, verwendet werden.
In bestimmten Anwendungen wird ein Taktsignal von einem RTWO unter Verwendung eines Frequenzvervielfachers vervielfacht. Jedoch kann eine solche Frequenzvervielfachung schwierig zu erreichen sein, ohne Leistungsparameter zu verschlechtern, insbesondere wenn der Vervielfachungsfaktor größer als zwei ist.
Zum Beispiel ist eine Kaskadierung herkömmlicher Frequenzverdoppler nicht leistungseffizient und/oder leidet unter Herausforderungen beim Entwerfen von Zwischenstufen-Anpassungsschaltungen zum Unterdrücken unerwünschter störender Oberwellen. Außerdem ist ein Kaskadieren von Verdopplern nicht flächeneffizient, da eine Isolation zwischen Verdopplern beibehalten werden sollte, um eine subharmonische Kopplung zu vermeiden.
Herkömmliche Frequenzvervierfacher können ebenfalls verwendet werden, leiden jedoch unter einer Anzahl von Nachteilen, die eine mangelhafte DC-zu-HF-Effizienz umfassen, aber nicht darauf beschränkt sind.
Es werden hier RTWO-basierte Frequenzvervielfacher bereitgestellt. In bestimmten Ausführungsformen umfasst ein RTWO-basierter Frequenzvervielfacher einen RTWO, der eine Mehrzahl von Taktsignalphasen einer ersten Frequenz generiert, und einen Flankenkombinierer, der die Taktsignalphasen verarbeitet, um ein Ausgangstaktsignal zu generieren, das eine zweite Frequenz aufweist, die ein Vielfaches der ersten Frequenz ist. Der Flankenkombinierer kann als eine logikbasierte Kombinationsschaltung implementiert werden, die die Taktsignalphasen (die Rechteckimpulse sein können) vom RTWO kombiniert. Zum Beispiel kann der Flankenkombinierer parallele Stapel von Transistoren umfassen, die mit unterschiedlichen Taktsignalphasen arbeiten, wobei die Stapel einen Ausgangsknoten nach unten (oder oben) ziehen, um das Ausgangstaktsignal mit vervielfachter Frequenz zu generieren.
In bestimmten Implementierungen wird der Ausgang des Flankenkombinierers mit einem Induktivität-Kondensator-Filter (LC-Filter) gekoppelt. Ein solches LC-Filter kann eine Impedanz aufweisen, die auf der Grundlage einer Schwingungsfrequenz des RTWO abgestimmt werden kann. Zum Beispiel kann in einer Implementierung, in der der RTWO-basierte Frequenzvervielfacher ein Frequenzvervierfacher ist, die Impedanz des LC-Filters auf ungefähr das Vierfache der Schwingungsfrequenz des RTWO abgestimmt werden.
Ein Aufnehmen des Flankenkombinierers ermöglicht es, dass eine Frequenzvervielfachung erreicht wird, während der RTWO bei einer verhältnismäßig niedriger Schwingungsfrequenz betrieben wird. Ein Implementieren des RTWO bei einer niedrigeren Frequenz erzielt mehrere Vorteile, die geringe Verluste der Übertragungsleitung, eine größere Anzahl von Segmenten, und/oder Taktsignalphasen, die einer idealen Rechteckwellenformen näher sind, umfassen, jedoch nicht darauf beschränkt sind.
In bestimmten Implementierungen werden steuerbare Komponenten, wie z. B. Korrekturkondensatoren, die in den Segmenten des RTWO angeordnet sind, verwendet, um eine Phasenfehler-Fehlanpassung der Taktsignalphasen, die an den Flankenkombinierer geliefert werden, zu korrigieren. Die Werte solcher steuerbarer Komponenten können auf vielfältige Weise eingestellt werden. In einem ersten Beispiel wird eine Harmonische im Ausgangstaktsignal (zum Beispiel eine fünfte Harmonische) beobachtet und die steuerbaren Komponenten werden eingestellt, um den Leistungspegel der Harmonischen zu reduzieren oder zu minimieren. In einem zweiten Beispiel werden digitale Daten von einem Zeit-Digital-Wandler (TDC) durch einen endlichen Zustandsautomaten (FSM) verarbeitet, um die Werte der steuerbaren Komponenten einzustellen. Der FSM kann die digitalen Daten vom TDC unter Verwendung einer beliebigen geeigneten Metrik zum Bereitstellen einer Phasenausrichtung überwachen.
In bestimmten Implementierungen wird der Flankenkombinierer innerhalb des Rings des RTWO angeordnet, wodurch er das Bereitstellen ausgewogener Routen für eine Weiterleitung der Taktsignalphasen vom Ring des RTWO zum Flankenkombinierer unterstützt. In bestimmten Implementierungen wird ein Ausgangspuffer zum Puffern des Ausgangstaktsignals vom Flankenkombinierer aufgenommen.
In einer Beispielanwendung dient ein RTWO-basierter Frequenzvervielfacher als ein Frequenzvervierfacher, der vier Rechteckwellenimpulse (von denen jeder differenziell sein kann) von einem gemeinsam untergebrachten 10-GHz-RTWO kombiniert, um ein Ausgangstaktsignal bei 40 GHz mit einer guten Oberwellenunterdrückung von RTWO-Oberwellen zu generieren. Auf einen solchen RTWO-basierten Frequenzvervierfacher kann ein Frequenzverdoppler folgen, um ein LO-Signal zu generieren, das für die Bedienung des 77-81-GHz-Bandes, zum Beispiel für eine Radaranwendung, geeignet ist. Obwohl eine konkrete Anwendung eines RTWO-basierten Frequenzvervielfachers bereitgestellt ist, können die hier offenbarten RTWO-basierten Frequenzvervielfacher in einer breiten Vielfalt von Anwendungen verwendet werden.
1A ist ein schematisches Diagramm eines RTWO-basierten Frequenzvervielfachers 10 gemäß einer Ausführungsform. Der Frequenzvervielfacher 10 umfasst einen RTWO 1, einen Flankenkombinierer 2, und ein Induktivität-Kondensator-Filter (LC-Filter) 3. Ein Flankenkombinierer, wie z. B. der Flankenkombinierer 2 von 1A, wird hier auch als eine Flankenkombinierschaltung bezeichnet.
In der dargestellten Ausführungsform liefert der RTWO 1 verschiedene Taktsignalphasen einer Frequenz f₁ an den Flankenkombinierer 2. Jede der Taktsignalphasen weist eine andere Phase auf, und sie werden durch Abgreifen eines Rings des RTWO 1 an verschiedenen Positionen erhalten. Die Taktsignalphasen können Eintakt- oder Differenzsignale sein. In bestimmten Implementierungen werden die Taktsignalphasen aus dem Ausgang von Puffern bereitgestellt, die um den Ring an verschiedenen Positionen verteilt sind. Zum Beispiel kann ein Eingang eines solchen Puffers mit einer bestimmten Position entlang des Rings verbunden sein, und ein Ausgang des Puffers kann eine Taktsignalphase eines gewünschten Wertes liefern.
Die Frequenz f₁ der Taktsignalphasen wird durch eine Periode der Wanderwelle, die sich um den Ring des RTWO ausbreitet, eingestellt. Der RTWO 1 kann steuerbare Kondensatoren (zum Beispiel Abstimmkondensatorarrays in den Segmenten des RTWO) umfassen, die gesteuert werden können, um die Frequenz f₁ auf einen gewünschten Wert einzustellen.
Wie in 1A dargestellt, empfängt der Flankenkombinierer 2 die Taktsignalphasen vom RTWO 1, und kombiniert die Taktsignalphasen, um ein Ausgangstaktsignal CLK_OUT zu generieren, das durch das LC-Filter 3 gefiltert wird. Das Ausgangstaktsignal CLK_OUT weist eine zweite Frequenz f₂ auf, die ein Vielfaches der ersten Frequenz f₁ ist. Das LC-Filter 3 kann aufgenommen und auf die zweite Frequenz f₂ abgestimmt sein, um eine Filterung bereitzustellen, die die spektrale Reinheit des Ausgangstaktsignals CLK_OUT verbessert. Andere Implementierungen sind jedoch möglich.
Das Ausgangstaktsignal CLK_OUT stellt ein Vielfaches der Frequenz des RTWO dar. Zum Beispiel kann der Frequenzvervielfacher 10 dazu dienen, eine Frequenzverdopplung, eine Frequenzverdreifachung, eine Frequenzvervierfachung oder eine beliebige andere gewünschte Frequenzvervielfachung bereitzustellen. Des Weiteren stellt im Vergleich mit herkömmlichen Frequenzvervielfachern der RTWO-basierte Frequenzvervielfacher 10 eine Frequenzvervielfachung mit einer hohen DC-zu-HF-Effizienz bereit.
1B ist ein schematisches Diagramm eines RTWO-basierten Frequenzvervielfachers 20 gemäß einer anderen Ausführungsform. Der Frequenzvervielfacher 20 umfasst einen RTWO 11, einen Flankenkombinierer 2, ein LC-Filter 3 und einen Ausgangspuffer 4.
Der Frequenzvervielfacher 20 von 1B ist dem Frequenzvervielfacher 10 von 1A ähnlich, mit der Ausnahme, dass der Frequenzvervielfacher 20 einen RTWO 11 umfasst, der Puffer 12a, 12b, ... 12n zum Generieren der an den Flankenkombinierer 2 gelieferten Taktsignalphasen umfasst. Ein Aufnehmen der Puffer 12a, 12b, ... 12n hilft beim Bereitstellen einer Isolation zwischen dem Flankenkombinierer 2 und dem Ring des RTWO, wodurch eine Belastung des Rings verringert wird. Der Frequenzvervielfacher 20 umfasst ferner den Ausgangspuffer 4 zum Puffern des Ausgangstaktsignals CLK_OUT.
2A ist ein schematisches Diagramm eines RTWO-basierten Frequenzvervielfachers 50 gemäß einer anderen Ausführungsform. Der Frequenzvervielfacher 50 umfasst einen RTWO 40, einen Flankenkombinierer 41, und ein LC-Filter 42, und einen Ausgangspuffer 43.
In der dargestellten Ausführungsform umfasst der RTWO 40 eine differenzielle Übertragungsleitung, die einen ersten Leiter 31 und einen zweiten Leiter 32 umfasst. Wie in 2A dargestellt, ist die differentielle Übertragungsleitung 31-32 zu einer geschlossenen Schleife oder einem Ring verbunden, und die differentielle Übertragungsleitung umfasst eine Kreuzung 33, um eine Inversion für eine sich um den Ring ausbreitende Wanderwelle bereitzustellen. Verschiedene Phasen der Wanderwelle wurden entlang der differentiellen Übertragungsleitung 31-32 beschriftet. Der RTWO 40 von 2A umfasst ferner eine Mehrzahl von Segmenten, wobei ein solches Segment 34 in 2A angezeigt ist.
In der dargestellten Ausführungsform ist die differentielle Übertragungsleitung 31-32 des RTWO zu einer geschlossenen Schleife verbunden und wird an jeder der vier Ecken gefaltet. Jedoch kann die differentielle Übertragungsleitung des RTWO auf eine andere Weise implementiert werden, die zum Beispiel andere Implementierungen des Faltens und/oder Routens der Leiter 31 und 32 umfasst.
Der RTWO 40 umfasst ferner einen ersten differentiellen Puffer 36a, einen zweiten differentiellen Puffer 36b, einen dritten differentiellen Puffer 36c, und einen vierten differentiellen Puffer 36d, die zum Bereitstellen verschiedener Taktsignalphasen an den Flankenkombinierer 41 verwendet werden. Im Beispiel weisen die Puffer 36a bis 36d jeweils differentielle Eingänge und differentielle Ausgänge auf. Jedoch sind andere Implementierungen, zum Beispiel Eintakt-Eingang/differentieller Ausgang, Eintakt-Eingang/Eintakt-Ausgang, oder differentieller Eingang/Eintakt-Ausgang, möglich.
In der Ausführungsform von 2A stellen die differentiellen Puffer 36a bis 36d Taktsignalphasen von 0°, 45°, 90°, 135°, 180°, 225°, 270° und 315° bereit. Daher werden in diesem Beispiel acht Taktsignalphasen, die 360 ° umspannen und um ungefähr 45° getrennt sind, vom RTWO 40 an den Flankenkombinierer 41 bereitgestellt. Andere Implementierungen sind jedoch möglich. Zum Beispiel kann ein RTWO mehr oder weniger Taktsignalphasen an den Flankenkombinierer 41 und/oder Taktsignale unterschiedlicher Phasenwerte liefern.
Der Flankenkombinierer 41 verarbeitet die Taktsignalphasen, um ein differentielles Taktsignal zu generieren, das auf einer differentiellen Übertragungsleitung TL+, TL- bereitgestellt wird. Das differentielle Taktsignal wird durch das LC-Filter 42 gefiltert. Wie in 2A dargestellt, umfasst das LC-Filter 42 einen abstimmbaren Kondensator C_T und eine Induktivität L_T, die in Kombination miteinander arbeiten, um das differentielle Taktsignal zu filtern. In der Ausführungsform von 2 sind der Flankenkombinierer 41 und das LC-Filter 42 innerhalb des Rings des RTWO angeordnet, wobei der Flankenkombinierer 41 ungefähr in der Mitte des Rings des RTWO angeordnet ist. Eine derartige Implementierung des Frequenzvervielfachers 50 unterstützt ein Ausgleichen der Länge der Leiter, die die Taktsignalphasen an den Flankenkombinierer 41 übertragen. Dementsprechend wird ein geringer Phasenfehler der Taktsignalphasen erreicht.
In der Ausführungsform von 2A umfasst das LC-Filter 42 den abstimmbaren Kondensator C_T. Die Kapazität des abstimmbaren Kondensators C_T kann aus einer Vielfalt von Gründen abgestimmt werden, die ein Einstellen der Impedanz des LC-Filters 42 auf der Grundlage einer Schwingungsfrequenz des RTWO 40 umfassen, aber nicht darauf beschränkt sind. Zum Beispiel umfassen in bestimmten Implementierungen die Segmente 34 des RTWO Abstimmkondensatorarrays, die einstellbar sind, um die Schwingungsfrequenz des RTWO 41 einzustellen, und der Wert des abstimmbaren Kondensators C_T wird auf der Grundlage der gewählten Kapazitätswerte der Abstimmkondensatorarrays in den Segmenten 34 eingestellt. Zusätzlich oder alternativ kann der abstimmbare Kondensator C_T eingestellt werden, um Prozess-, Temperatur- und/oder Spannungsschwankungen (PVT-Schwankungen) zu berücksichtigen.
In der dargestellten Ausführungsform empfängt das LC-Filter 42 auch eine Versorgungsspannung V_DD, die zum Versorgen des Flankenkombinierers 41 verwendet wird. Insbesondere wird die Induktivität L_T als eine Metallspule implementiert, die um den Flankenkombinierer 41 aufgewickelt ist und einen Mittelabgriff aufweist, der die Versorgungsspannung V_DD empfängt. Dementsprechend wird die Induktivität L_T in diesem Beispiel auch als eine Hochfrequenzdrossel zum Bereitstellen einer DC-Versorgungsspannung an den Flankenkombinierer 41 verwendet. Andere Implementierungen sind jedoch möglich.
Unter weiterer Bezugnahme auf 2A umfasst der Frequenzvervielfacher 50 ferner den Ausgangspuffer 43 zum Puffern des differentiellen Taktsignals, das von der differentiellen Übertragungsleitung TL+, TL- empfangen wird, um ein Ausgangstaktsignal Vo zu generieren. Obwohl der Ausgangspuffer 43 von 2A einen differentiellen Eingang und einen Eintakt-Ausgang umfasst, kann zum Beispiel ein Ausgangspuffer auf eine andere Weise, zum Beispiel mit einem Eintakt-Eingang/differentiellen Ausgang, Eintakt-Eingang/Eintakt-Ausgang, oder einem differentiellen Eingang/differentiellen Ausgang, implementiert werden. Andere Implementierungen sind entsprechend möglich.
Der Ausgangspuffer 43 wird in diesem Beispiel durch eine Vorspannung V_BIAS vorgespannt. In bestimmten Implementierungen werden ein oder mehrere Parameter des Ausgangspuffers 43 (wie z. B. Vorspannung, Resonanz, Impedanz usw.) auf der Grundlage einer gewählten Schwingungsfrequenz des RTWO 41 eingestellt. Dementsprechend wird der Ausgangspuffer 43 in einigen Ausführungsformen auf der Grundlage einer Schwingungsfrequenz des RTWO 41 abgestimmt.
2B ist ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform eines Segments 70 für einen RTWO. Das Segment 70 umfasst einen Erhaltungsverstärker 61, ein Grobkondensatorarray 62, ein Feinkondensatorarray 63, ein Korrekturkondensatorarray 64 und einen Segmentdecoder 65.
Das Segment 70 von 2B zeigt eine Ausführungsform des Segments 34 des RTWO 40 von 2A. Obwohl ein Beispiel eines RTWO-Segments dargestellt ist, sind die vorliegenden Lehren auf Segmente anwendbar, die in vielfältiger Weise implementiert sind. Andere Implementierungen sind entsprechend möglich.
Wie in 2B gezeigt, ist das Segment 70 derart dargestellt, dass es zwischen einem ersten Leiter 31 und einem zweiten Leiter 32 einer differentiellen Übertragungsleitung eines RTWO verbunden ist.
In der Ausführungsform von 2B umfasst der Erhaltungsverstärker 61 einen ersten Inverter 67, der einen mit der ersten Übertragungsleitung 31 verbundenen Eingang und einen mit der zweiten Übertragungsleitung 32 verbundenen Ausgang aufweist, und einen zweiten Inverter 68, der einen mit der zweiten Übertragungsleitung 32 verbundenen Eingang und einen mit der ersten Übertragungsleitung 31 verbundenen Ausgang aufweist. Der Erhaltungsverstärker 61 dient dazu, Energie an eine sich entlang der differentiellen Übertragungsleitung des RTWO ausbreitende Wanderwelle zu liefern. Obwohl ein Beispiel eines Erhaltungsverstärkers dargestellt ist, kann ein Erhaltungsverstärker auf eine andere Weise implementiert werden.
In der dargestellten Ausführungsform umfasst das Grobkondensatorarray 62 ein Array von drei auswählbaren groben Kondensatoren einer Kapazität C_crs, während das Feinkondensatorarray 63 ein Array von einunddreißig auswählbaren feinen Kondensatoren einer Kapazität C_fin umfasst. Der Segmentdecoder 65 steuert die Kapazitätswerte des Grobkondensatorarrays 62 und des Feinkondensatorarrays 63 auf der Grundlage eines Grob-Steuerwortes (crs, 2-Bit in diesem Beispiel) und eines Fein-Steuerwortes (fin, 5-Bit in diesem Beispiel). Der Segmentdecoder 65 ist in dieser Ausführungsform mit einer unären Decodierung implementiert. Durch Steuern einer Kapazität des Grobkondensatorarrays 62 und des Feinkondensatorarrays 63 wird eine Schwingungsfrequenz des RTWO gesteuert.
Das Segment 70 von 2B umfasst außerdem das Korrekturkondensatorarray 64. In diesem Beispiel umfasst das Korrekturkondensatorarray 64 ein Array von sieben auswählbaren groben Kondensatoren einer Kapazität C_co, die durch den Segmentdecoder 65 auf der Grundlage eines Korrektur-Steuerwortes (cor, 3-Bit in diesem Beispiel) gesteuert wird. Der Segmentdecoder 65 kann das Korrekturkondensatorarray 64 einstellen, um eine Korrektur für eine Vielfalt von Fehlern bereitzustellen, die ein Korrigieren von PVT-Schwankungen und/oder ein Korrigieren der Phase eines an einen Flankenkombinierer bereitgestellten Taktsignals umfasst, aber nicht darauf beschränkt ist.
Dementsprechend wird in einigen Ausführungsformen das Korrekturkondensatorarray 64 dazu verwendet, Phaseneinstellungen für Taktsignalphasen, die durch einen Flankenkombinierer eines RTWO-basierten Frequenzvervielfachers verwendet werden, bereitzustellen.
3A ist ein schematisches Diagramm eines Flankenkombinierers 101 und eines LC-Filters 102 gemäß einer Ausführungsform. Obwohl konkrete Implementierungen eines Flankenkombinierers und eines LC-Filters dargestellt sind, können die vorliegenden Lehren auf Flankenkombinierer und LC-Filter, die auf vielfältige Weise implementiert sind, angewendet werden.
In der dargestellten Ausführungsform ist der Flankenkombinierer 101 differentiell implementiert und umfasst eine erste Halbschaltung, die zwischen einem nicht invertierten Ausgangsanschluss V_q+ und Masse verbunden ist, und eine zweite Halbschaltung, die zwischen einem invertierten Ausgangsanschluss V_q- und Masse verbunden ist. Obwohl ein differentieller Flankenkombinierer dargestellt ist, können die vorliegenden Lehren auch auf Eintakt-Ausgestaltungen angewendet werden.
Die erste Halbschaltung umfasst n-Typ-Feldeffekttransistoren (NFETs) N0, N1, N2, N3, N4, N5, N6 und N7, während die zweite Halbschaltung NFETs N8, N9, N10, N11, N12, N13, N14 und N15 umfasst. Die NFETs N0 und N1 sind in einem ersten Stapel in Reihe verbunden, die NFETs N2 und N3 sind in einem zweiten Stapel in Reihe verbunden, die NFETs N4 und N5 sind in einem dritten Stapel in Reihe verbunden, und die NFETs N6 und N7 sind in einem vierten Stapel in Reihe verbunden, wobei der erste bis vierte Stapel zwischen dem nicht invertierten Ausgangsanschluss V_q+ und Masse parallel miteinander verbunden sind. Außerdem sind die NFETS N8 und N9 in einem fünften Stapel in Reihe verbunden, die NFETs N10 undN11 sind in einem sechsten Stapel in Reihe verbunden, die NFETs N12 und N13 sind in einem siebten Stapel in Reihe verbunden, und die NFETs N14 und N!5 sind in einem achten Stapel in Reihe verbunden, wobei der fünfte bis achte Stapel zwischen dem invertierten Ausgangsanschluss V_q- und Masse parallel miteinander verbunden sind.
Wie in 3A dargestellt, empfangen die NFETs N0, N1, N2, N3, N4, N5, N6 und N7 jeweils Taktsignalphasen φ₀, φ₂₂₅, φ₁₈₀, φ₁₄₅, φ₉₀, φ₃₁₅, φ₂₇₀ bzw. φ₁₃₅, wobei das tiefgestellte Zeichen die Phase (in Grad) einer gegebenen Taktsignalphase anzeigt. Die NFETs N8, N9, N10, N11, N12, N13, N14 und N15 empfangen jeweils Taktsignalphasen φ₁₃₅, φ₀, φ₃₁₅, φ₁₈₀, φ₂₂₅, φ₉₀, φ₄₅ bzw. φ₂₇₀. Die NFETs können auf vielfältige Weise implementiert werden, einschließlich eines Verwendens von n-Typ-Metall-Oxid-Halbleiter-Transistoren (NMOS-Transistoren), aber nicht darauf beschränkt. Obwohl eine Implementierung mit n-Typ-Transistoren dargestellt ist, kann ein Flankenkombinierer auf eine andere Weise implementiert werden, wie z. B. bei Ausgestaltungen, die p-Typ-Transistoren oder eine Kombination von n-Typ- und p-Typ-Transistoren nutzen.
Dementsprechend umfasst die erste Halbschaltung des Flankenkombinierers 101 vier Paare von NFET-Transistoren, die auf der Grundlage des Timings der Taktsignalphasen selektiv aktiviert werden, um einen ersten Strom I_q+ zu generieren, der verwendet wird, um den nicht invertierten Ausgangsanschluss V_q+ herunterzuziehen. Außerdem umfasst die zweite Halbschaltung des Flankenkombinierers 102 weitere vier Paare von NFET-Transistoren, die auf der Grundlage des Timings der Taktsignalphasen selektiv aktiviert werden, um einen zweiten Strom I_q- zu generieren, der verwendet wird, um den invertierten Ausgangsanschluss V_q- herunterzuziehen. Der erste Strom I_q+ und der zweite Strom I_q- entsprechen differentiellen Komponenten eines Ausgangsstroms, der eine Frequenz aufweist, die ein Vielfaches (in diesem Beispiel das Vierfache) der Frequenz der Taktsignalphasen ist.
In der dargestellten Ausführungsform umfasst das LC-Filter 102 ein Abstimmkondensatorarray 103 und eine Induktivität 104. Das Abstimmkondensatorarray 103 umfasst eine Mehrzahl von auswählbaren Kondensatoren einer Kapazität C_q, während die Induktivität 104 eine Induktivität 104 aufweist. Das Abstimmkondensatorarray 103 und die Induktivität 104 sind zwischen dem nicht invertierten Ausgangsanschluss V_q+ und dem invertierten Ausgangsanschluss V_q- parallel miteinander verbunden. Obwohl ein Beispiel eines LC-Filters mit einem abstimmbaren Kondensator und einer festen Induktivität dargestellt ist, sind andere Implementierungen möglich, einschließlich von Ausgestaltungen, in denen eine Induktivität (zum Beispiel mittels auswählbarer Induktivitäten) abstimmbar ist.
3B ist ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform eines Abstimmkondensatorarrays 140. Das Abstimmkondensatorarray 140 veranschaulicht eine Beispielimplementierung des Abstimmkondensatorarrays 103 von 3A. Eine ähnliche Implementierung kann verwendet werden, um beliebige der anderen hier verwendeten Abstimmkondensatorarrays, zum Beispiel Abstimmkondensatorarrays von Segmenten eines RTWO, zu implementieren. Obwohl ein Beispiel eines Abstimmkondensatorarrays dargestellt ist, sind andere Implementierungen von Abstimmkondensatorarrays möglich.
Im Beispiel von 3B umfasst das Abstimmkondensatorarray 140 acht Slices oder Instanziierungen einer Schaltung, wobei jede Instanziierung durch ein anderes Steuerbit (code) und invertiertes Steuerbit (codeb) zum Abstimmen gesteuert wird.
Insbesondere umfasst das Abstimmkondensatorarray 140 Slices CS<0>, CS<1>, ... CS<7>. Außerdem empfangen die Slices CS<0>, CS<1>, ... CS<7> jeweils Steuerbits code<0>, code<1>, ... code<7>>, und jeweils invertierte Steuerbits codeb<0>, codeb<1>, ... codeb<7>.
Jeder Slice des Abstimmkondensatorarrays 140 wird unter Verwendung von NFET-Transistoren N16, N17, N18, N19 und N20 und unter Verwendung einer differentiellen Implementierung von Metall-Oxid-Metall-Kondensatoren (MOM-Kondensatoren) mit einer Kapazität C_q implementiert. Jeder Slice ist zwischen dem nicht invertierten Anschluss V_q+ und dem invertierten Anschluss V_q- verbunden.
3C ist ein Beispiel für Zeitdiagramme für einen Flankenkombinierer. Die Zeitdiagramme veranschaulichen ein Beispiel des Betriebs des Flankenkombinierers 101 von 3A, wobei Taktsignalphasen für die erste Halbschaltung gezeigt sind. Wie in 3C dargestellt, weisen die Taktsignalphasen eine Periode 2π/ω₁ auf, wobei ω₁ die Kreisfrequenz (ω=2πf) des RTWO ist. Außerdem weist das Ausgangstaktsignal (das in diesem Beispiel einem differenziellen Signal zwischen V_q+ und V_q- entspricht) eine Periode von π/(2ω₁) auf. Daher wird in diesem Beispiel eine Frequenzvervierfachung bereitgestellt. Aufgrund der LC-Filterung ist das Ausgangstaktsignal sinusförmig.
4 ist ein schematisches Diagramm eines Taktbaumlayouts 210 für einen RTWO-basierten Frequenzvervielfacher gemäß einer Ausführungsform. Das Taktbaumlayout 210 umfasst ein erstes Paar Metalltaktrouten 201, ein zweites Paar Metalltaktrouten 202, ein drittes Paar Metalltaktrouten 203, ein viertes Paar Metalltaktrouten 204 und ein Flankenkombinierer-Layout 205.
Wie in 4 dargestellt, wird das erste Paar Metalltaktrouten 201 zum Bereitstellen von Taktsignalphasen φ₀ und φ₁₈₀ von einem RTWO-Ring an das Flankenkombinierer-Layout 205 verwendet. Außerdem wird das zweite Paar Metalltaktrouten 202 zum Bereitstellen von Taktsignalphasen φ₁₃₅ und φ₃₁₅ vom RTWO-Ring an das Flankenkombinierer-Layout 205 verwendet. Außerdem wird das dritte Paar Metalltaktrouten 203 zum Bereitstellen von Taktsignalphasen φ₂₇₀ und φ₉₀ vom RTWO-Ring an das Flankenkombinierer-Layout 205 verwendet. Außerdem wird das vierte Paar Metalltaktrouten 204 zum Bereitstellen von Taktsignalphasen φ₂₂₅ und φ₄₅ vom RTWO-Ring an das Flankenkombinierer-Layout 205 verwendet.
In der dargestellten Ausführungsform weist jedes Paar Metalltaktrouten eine ausgeglichene oder angepasste Länge auf, um eine Anpassung einer Ausbreitungsverzögerung der Taktsignalphasen an das Flankenkombinierer-Layout 205 zu unterstützen.
In bestimmten Implementierungen werden abstimmbare Komponenten zum Korrigieren des Phasenfehlers einer oder mehrerer der Taktsignalphasen bereitgestellt, wodurch die tatsächliche Taktsignalphase auf einen gewünschten oder idealen Phasenwert (wie durch das tiefgestellte Zeichen angegeben) ausgerichtet wird. Beispiele solcher abstimmbarer Komponenten umfassen Korrekturkondensatoren in den RTWO-Segmenten (um zum Beispiel eine lokale Kapazitätskorrektur in der Nähe eines Punktes bereitzustellen, an dem eine gegebene Taktsignalphase vom Ring des RTWO abgegriffen wird) und/oder Komponenten zum Einstellen einer Verzögerung von Puffern, die zum Bereitstellen der Taktsignalphasen vom RTWO-Ring an den Flankenkombinierer verwendet werden, sind aber nicht darauf beschränkt.
In bestimmten Implementierungen werden in den Paaren Metalltaktrouten 201 bis 204 geerdete Abschirmungen aufgenommen, um eine Abschirmung zum Reduzieren von Rauschen bereitzustellen. Zum Beispiel sind in der dargestellten Ausführungsform geerdete Leiter unterhalb jedes Paares Metalltaktrouten angeordnet. Die geerdeten Leiter sind mit jedem Paar Metalltaktrouten verlegt und entsprechen einem Beispiel einer geerdeten Abschirmung.
5 ist ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform eines Ausgangspuffers 250 für einen RTWO-basierten Frequenzvervielfacher. Der Ausgangspuffer 250 umfasst einen Eingangstransformator T1, einen Ausgangstransformator T2, einen NFET N21, einen NFET N22, einen Kondensator C₁, einen Kondensator C₂, einen Kondensator C₃, einen Kondensator C₄, einen Kondensator C_n1 und einen Kondensator C_n2.
In der dargestellten Ausführungsform umfasst der Eingangstransformator T1 einen differentiellen Eingang, der ein differentielles Eingangssignal von einer differentiellen Übertragungsleitung TL+, TL- empfängt. Der Eingangstransformator T1 umfasst ferner einen differentiellen Ausgang, der ein differentielles Ausgangssignal über den Gates von NFETs N21 und N22 bereitstellt. Der differentielle Eingang ist mit einer ersten Wicklung des Eingangstransformators T1 verbunden, während der differentielle Ausgang mit einer zweiten Wicklung des Eingangstransformators T1 verbunden ist. Der Kondensator C₁ ist über dem differentiellen Eingang des Eingangstransformators T1 verbunden, während der Kondensator C₂ über dem differentiellen Ausgang des Eingangstransformators T1 verbunden ist. Außerdem wird eine Vorspannung V_BIAS an einem Mittelabgriff der ersten Wicklung bereitgestellt, um ein Steuern einer Gleichtaktspannung der differentiellen Übertragungsleitung TL+, TL- zu unterstützen.
Unter weiterer Bezugnahme auf 5 verstärken die NFETs N21 und N22 das Signal vom Eingangstransformator T1, um ein verstärktes Signal zu generieren, das an den Ausgangstransformator T2 geliefert wird. Wie in 5 dargestellt, ist der Kondensator C_n1 von einem Gate des NFET N21 zu einem Drain des NFET N22 verbunden, während der Kondensator C_n2 von einem Gate des NFET N22 zu einem Drain des NFET N21 verbunden ist.
Der Ausgangstransformator T2 empfängt das verstärkte Signal von den NFETs N21 und N22 als eine differentielle Eingabe und stellt ein Ausgangssignal Vo aus einem Anschluss eines differentiellen Ausgangs bereit (wobei der andere Anschluss des differenziellen Ausgangs in diesem Beispiel geerdet ist). Der Kondensator C₃ ist über dem differentiellen Eingang des Ausgangstransformators T2 verbunden, während der Kondensator C₄ über dem differentiellen Ausgang des Ausgangstransformators T2 verbunden ist. Der differentielle Eingang ist mit einer ersten Wicklung des Ausgangstransformators T2 verbunden, während der differentielle Ausgang mit einer zweiten Wicklung des Ausgangstransformators T2 verbunden ist. Außerdem wird eine Leistungsversorgungsspannung V_DD an einem Mittelabgriff der ersten Wicklung des Ausgangstransformators T1 bereitgestellt, um ein Versorgen der NFETs N21 und N22 zu unterstützen.
Obwohl eine Ausführungsform eines Ausgangspuffers dargestellt ist, sind die vorliegenden Lehren auf Ausgangspuffer anwendbar, die auf vielfältige Weise implementiert sind.
6 ist ein schematisches Diagramm einer Taktphasenfehler-Abstimmschaltung 310 gemäß einer Ausführungsform. Die Taktphasenfehler-Abstimmschaltung 310 kann in einem beliebigen der hier offenbarten RTWO-basierten Frequenzvervielfacher implementiert werden.
In der dargestellten Ausführungsform ist ein RTWO-Ring dargestellt, der aus Leitern 31 und 32 und einer Kreuzung 33 gebildet ist. Außerdem sind mit einem ersten Segment 301, einem zweiten Segment 302, einem dritten Segment 303 und einem vierten Segment 304 assoziierte Kondensatoren dargestellt.
Es sind viele potenzielle Phasenfehlerquellen zwischen den Eingangstaktsignalphasen an einen Flankenkombinierer eines RTWO-basierten Frequenzvervielfachers vorhanden. Beispiele solcher Phasenfehlerquellen umfassen eine Fehlanpassung zwischen den RTWO-Phasen, asymmetrisches Routing eines Taktbaumlayouts, lokale Fehlanpassungen in den Eingangspuffern, lokale Fehlanpassungen der Transistoren des Flankenkombinierers, und/oder asymmetrische Übertragungsleitungsführung zwischen dem Flankenkombinierer und einem Ausgangspuffer, sind aber nicht darauf beschränkt.
Um solche Fehler zu mildern, können Korrekturkomponenten aufgenommen werden. Zum Beispiel können in der Ausführungsform von 6 Korrekturkondensatoren (zum Beispiel ein MOM-geschaltetes 3-Bit-Kondensatorarray) für eine Phasenkorrektur in jedem Segment aufgenommen werden, um jegliche Quelle einer Fehlanpassung zwischen den Taktsignalphasen zu korrigieren. Obwohl ein Beispiel unter Verwendung von Korrekturkondensatoren in RTWO-Segmenten dargestellt ist, kann ein Phasenfehler auf eine andere Weise ausgeglichen werden, einschließlich eines Einstellens der Verzögerung von Puffern, die zum Bereitstellen der Taktsignalphasen an einen Flankenkombinierer verwendet werden, jedoch nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel können steuerbare Kondensatoren am Ausgang von Puffern aufgenommen werden, um eine solche Verzögerungseinstellung bereitzustellen.
Die Werte der Korrekturkomponenten (zum Beispiel Kapazitäten von Korrekturkondensatorarrays in den Segmenten des RTWO) können auf vielfältige Weise bereitgestellt werden. In einem Beispiel wird eine RTWO-Phasenkalibrierung durchgeführt, indem eine fünfte Harmonische der RTWO-Frequenz am Systemausgang beobachtet wird.
In der dargestellten Ausführungsform wird das MOM-geschaltetes Phasenkorrektur-Kondensatorarray für jedes Segment auf seinen mittleren Wert C_mid eingestellt. Durch Festlegen der Phasenkorrekturkapazität für die gewählte Seite des RTWO-Rings (linkes Segment 301 in diesem Beispiel) und sequenzielles Abstimmen der anderen Seiten um ΔC1 (8×3-Bit-Steuerung), ΔC2, und ΔC3 können die RTWO-Taktphasensignale auf gewünschte Phasenwerte am Eingang des Flankenkombinierers ausgerichtet werden, wodurch der Pegel der fünften Harmonischen des Frequenzvervielfachers beträchtlich verringert wird.
7 ist ein schematisches Diagramm einer Taktphasenfehler-Abstimmschaltung 360 gemäß einer anderen Ausführungsform. Die Taktphasenfehler-Abstimmschaltung 360 kann in einem beliebigen der hier offenbarten RTWO-basierten Frequenzvervielfacher implementiert werden.
In der dargestellten Ausführungsform sind ein RTWO-Ring 341 sowie eine innerhalb des RTWO-Rings 341 implementierte Schaltung 342 dargestellt. Die Schaltung 342 innerhalb des RTWO-Rings 341 umfasst Taktpuffer 343a, 343b, 343c und 343d, einen Taktbaum 345, Abstimmkondensatoren Ca1, Ca2, Cb1, Cb2, Cc1, Cc2, Cd1 und Cd2, einen Zeit-Digital-Wandler (TDC) (der in dieser Ausführungsform als TDC-Latches 347a, 347b, 347c und 347d implementiert ist), einen endlichen Zustandsautomaten (FSM) 348, und einen Flankenkombinierer 349.
In der Ausführungsform von 7 detektieren die TDC-Latches 347a, 347b, 347c und 347d den Zeitpunkt der Flankenübergänge der an den Flankenkombinierer 349 bereitgestellten Taktsignalphasen. Die digitalen Daten, die die Zeitpunkte von Flankenübergängen anzeigen, werden durch den FSM 348 verarbeitet, um den Phasenfehler zwischen vier um 45° phasenverschobenen differentiellen Signale zu kalibrieren, indem der RTWO-Ring 341 unter Verwendung der Taktpuffer 343a, 343b, 343c und 343d abgegriffen wird. Die TDC-Latches 347a, 347b, 347c und 347d werden in der Nähe des Flankenkombinierers 349 angeordnet, so dass die Pfade von den TDC-Eingängen zu den Eingängen des Flankenkombinierers kurz sind und gleiche Länge aufweisen. In bestimmten Implementierungen werden die TDC-Latches 347a, 347b, 347c und 347d durch ein Referenzsignal getaktet, das eine Frequenz aufweist, die eine Bruchteilung der Frequenz des RTWO ist.
Während der Kalibrierung ist die RTWO-Frequenz auf ein primäres Bruchteil-Vielfaches einer Frequenz eines Referenztaktes CLK_REF festgelegt, die zum Steuern des FSM 348 und der TDC-Latches 347a, 347b, 347c und 347d verwendet wird. Somit wird eine gleichmäßige Verteilung der TDC-Ausgangscodes erreicht. Die Ausgänge der TDC-Latches 347a, 347b, 347c und 347d werden in dieser Ausführungsform akkumuliert, und der FSM 348 generiert ein Histogramm, das zum Einstellen der Verzögerung des Taktbaumpfads mithilfe digital gesteuerter Kondensatoren verwendet wird. Zum Beispiel kann eine Kondensatoreinstellung durchgeführt werden, bis die Histogramm-Bins ausgeglichen sind.
8 ist ein schematisches Diagramm eines RTWO-basierten Frequenzvervielfachers 410 gemäß einer anderen Ausführungsform. Der Frequenzvervielfacher 410 umfasst einen RTWO 401, einen Flankenkombinierer 402, ein LC-Filter 403, einen Ausgangspuffer 404 und eine Frequenzsteuerschaltung 405.
Der Frequenzvervielfacher 410 von 8 ist dem Frequenzvervielfacher 20 von 1B ähnlich, mit der Ausnahme, dass der Frequenzvervielfacher 410 ferner die Frequenzsteuerschaltung 405 umfasst. Die Frequenzsteuerschaltung 405 steuert nicht nur die Segmentdecoderschaltung 406 des RTWO 401 (zum Beispiel einen Binär-zu-Unär-Decoder in jedem RTWO-Segment), um eine Schwingungsfrequenz f₁ des RTWO 401 einzustellen, sondern stellt auch das LC-Filter 403 und/oder den Ausgangspuffer 404 auf der Grundlage der gewählten Schwingungsfrequenz f₁ ein. In einem Beispiel wird eine Impedanz des LC-Filters 403 auf der Grundlage der gewählten Schwingungsfrequenz f₁ abgestimmt.
9 ist ein schematisches Diagramm eines Frequenzvervielfachungssystems 460 gemäß einer Ausführungsform. Das Frequenzvervielfachungssystem 460 umfasst eine Kaskade eines RTWO-basierten Frequenzvervielfachers 451 und eines Frequenzverdopplers 452, um ein Ausgangstaktsignal CLK_OUT zu generieren. Der RTWO-basierte Frequenzvervielfacher 451 kann gemäß beliebigen der vorliegenden Ausführungsformen implementiert werden.
10A zeigt ein Beispiel für Diagramme eines Oberwellenunterdrückungsverhältnisses (Harmonic Rejection Ratio, HRR) für eine Grundschwingung, eine zweite und eine dritte Harmonische im Vergleich mit einer Ausgangsfrequenz für eine Ausführungsform eines RTWO-basierten Frequenzvervielfachers. Die Diagramme umfassen ein HRR der Grundfrequenz, ein HRR der zweiten Harmonischen, und ein HRR der dritten Harmonischen für eine Implementierung eines RTWO-basierten Frequenzvervielfachers gemäß der Ausführungsform von 2A.
10B zeigt ein Beispiel für Diagramme eines HRR einer fünften Harmonischen im Vergleich mit einer Ausgangsfrequenz mit und ohne Phasenfehlerkalibrierung für eine Ausführungsform eines RTWO-basierten Frequenzvervielfachers. Die Diagramme sind für eine Implementierung des RTWO-basierten Frequenzvervielfachers von 2A mit und ohne eine Phasenfehlerkalibrierung gemäß der Ausführungsform von 6 gezeigt.
Anwendungen:
Vorrichtungen, die die vorstehend beschriebenen Schemen einsetzen, können in verschiedenen elektronischen Vorrichtungen implementiert werden. Beispiele für elektronische Vorrichtungen umfassen HF-Kommunikationssysteme, Unterhaltungselektronikprodukte, elektronische Testausrüstung, Kommunikationsinfrastruktur, Radarsysteme usw., sind aber nicht darauf beschränkt.
In der vorstehenden Beschreibung können Elemente oder Merkmale als miteinander „verbunden“ oder „gekoppelt“ bezeichnet werden. Sofern nicht ausdrücklich anders angegeben, bedeutet „verbunden“, wie hier verwendet, dass ein Element/Merkmal mit einem anderen Element/Merkmal direkt oder indirekt, und nicht notwendigerweise mechanisch, verbunden ist. Sofern nicht ausdrücklich anders angegeben, bedeutet gleichermaßen „gekoppelt“, dass ein Element/Merkmal mit einem anderen Element/Merkmal direkt oder indirekt, und nicht notwendigerweise mechanisch, gekoppelt ist. Obwohl die verschiedenen in den Figuren gezeigten Schaltbilder Beispielanordnungen von Elementen und Komponenten darstellen, können somit zusätzliche dazwischenliegende Elemente, Vorrichtungen, Merkmale oder Komponenten in einer tatsächlichen Ausführungsform vorhanden sein (angenommen, dass die Funktionalität der dargestellten Schaltungen nicht beeinträchtigt wird).
Obwohl diese Erfindung im Hinblick auf bestimmte Ausführungsformen beschrieben wurde, liegen andere Ausführungsformen, die für einen Durchschnittsfachmann offensichtlich sind, einschließlich von Ausführungsformen, die nicht alle der hier dargelegten Merkmale und Vorteile bereitstellen, ebenfalls im Umfang dieser Erfindung. Die verschiedenen, vorstehend beschriebenen Ausführungsformen können außerdem kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen bereitzustellen. Außerdem können bestimmte im Kontext einer Ausführungsform gezeigte Merkmale auch in anderen Ausführungsformen aufgenommen werden.

Claims

Frequenzvervielfacher, umfassend: einen Rotationswanderwellenoszillator (Rotary Traveling Wave Oscillator, RTWO), der eine als Ring verbundene differentielle Übertragungsleitung umfasst, wobei die differentielle Übertragungsleitung dazu ausgelegt ist, eine Wanderwelle zu übertragen, wobei der RTWO dazu ausgelegt ist, eine Mehrzahl von Taktsignalphasen einer ersten Frequenz zu generieren, und einen Flankenkombinierer, der dazu ausgelegt ist, die Mehrzahl von Taktsignalphasen zu empfangen und ein Ausgangstaktsignal zu generieren, das eine zweite Frequenz aufweist, die ein Vielfaches der ersten Frequenz ist.
Frequenzvervielfacher nach Anspruch 1, wobei der Flankenkombinierer das Ausgangstaktsignal an einem Ausgang generiert, wobei der Frequenzvervielfacher ferner ein Induktivität-Kondensator-Filter (LC-Filter) umfasst, das mit dem Ausgang des Flankenkombinierers gekoppelt und zum Filtern des Ausgangstaktsignals ausgelegt ist.
Frequenzvervielfacher nach Anspruch 1 oder 2, wobei der RTWO ferner eine Mehrzahl von steuerbaren Kondensatoren umfasst, die um den Ring verteilt sind, wobei der Frequenzvervielfacher ferner eine Steuerschaltung umfasst, die dazu ausgelegt ist, die erste Frequenz auf der Grundlage einer Einstellung einer Mehrzahl von Kapazitätseinstellungen der Mehrzahl von steuerbaren Kondensatoren zu steuern.
Frequenzvervielfacher nach Anspruch 2 oder 3, wenn von Anspruch 2 abhängig, wobei das LC-Filter eine durch die Steuerung gesteuerte Impedanz aufweist.
Frequenzvervielfacher nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei der Flankenkombinierer innerhalb des Rings angeordnet ist.
Frequenzvervielfacher nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei der RTWO ferner eine Mehrzahl von Puffern umfasst, die aufweisen: eine Mehrzahl von Eingängen, die mit dem Ring gekoppelt sind, und eine Mehrzahl von Ausgängen, die dazu ausgelegt sind, die Mehrzahl von Taktsignalphasen an den Flankenkombinierer zu liefern, wobei jede aus der Mehrzahl von Taktsignalphasen eine andere Phase aufweist.
Frequenzvervielfacher nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei der RTWO ferner eine Mehrzahl von einstellbaren Komponenten umfasst, die dazu ausgelegt sind, Phasenfehler der Mehrzahl von Taktsignalphasen zu kompensieren.
Frequenzvervielfacher nach Anspruch 7, der ferner umfasst: einen Zeit-Digital-Wandler (TDC), der dazu ausgelegt ist, eine Mehrzahl von digitalen Signalen auf der Grundlage der Mehrzahl von Taktsignalphasen zu generieren, und eine digitale Schaltung, die dazu ausgelegt ist, eine Mehrzahl von Werten der Mehrzahl von einstellbaren Komponenten auf der Grundlage der Mehrzahl von digitalen Signalen einzustellen.
Frequenzvervielfacher nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei der Flankenkombinierer eine Mehrzahl von Transistoren umfasst, die in mindestens zwei parallelen Transistorstapeln angeordnet sind, wobei jeder aus der Mehrzahl von Transistoren eine andere aus der Mehrzahl von Taktsignalphasen empfängt.
Frequenzvervielfacher nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die Mehrzahl von Taktsignalphasen eine erste Gruppe von Taktsignalphasen und eine zweite Gruppe von Taktsignalphasen, die einer Inversion der ersten Gruppe von Taktsignalphasen entspricht, umfasst, wobei der Flankenkombinierer dazu ausgelegt ist, eine Mehrzahl von digitalen logischen Operationen an der ersten Gruppe von Taktsignalphasen und der zweiten Gruppe von Taktsignalphasen durchzuführen.
Frequenzvervielfacher nach Anspruch 10, wobei die Mehrzahl von logischen Operationen eine Mehrzahl von logischen AND-Operationen umfasst, die jeweils eine erste Taktsignalphase aus der ersten Gruppe von Taktsignalphasen und eine zweite Taktsignalphase aus der zweiten Gruppe von Taktsignalphasen umfassen.
Frequenzvervielfacher, umfassend: einen Rotationswanderwellenoszillator (RTWO), der eine als Ring verbundene differentielle Übertragungsleitung umfasst, wobei die differentielle Übertragungsleitung dazu ausgelegt ist, eine Wanderwelle zu übertragen, wobei der RTWO dazu ausgelegt ist, eine Mehrzahl von Taktsignalphasen einer ersten Frequenz zu generieren, und eine Einrichtung zum Flankenkombinieren der Mehrzahl von Taktsignalphasen, um ein Ausgangstaktsignal zu generieren, das eine zweite Frequenz aufweist, die ein Vielfaches der ersten Frequenz ist.