FR2899738A1 - Oscillateur commande en tension avec realignement multiphase d'etages asymetriques - Google Patents

Abstract

Un oscillateur commandé en phase multiphase réaligné (MRVCO) obtient un réalignement de phase basé sur l'injection de charge dans les étages de VCO. Les étages de VCO individuels fournissent un signal de sortie d'oscillation présentant une forme d'onde asymétrique avec des temps de montée et de descente sensiblement différents. Cela garantit que le VCO dans l'ensemble présente une réponse d'impulsion multiphase à l'injection de charge qui est strictement positive ou strictement négative, et sensiblement constante de manière à être indépendante de la phase de VCO ou de l'intervalle d'injection de charge. Le MRVCO peut former une partie de composant d'une mise en oeuvre d'une boucle commandée en phase multiphase réalignée (MRPLL).

Description

OSCILLATEUR COMMANDÉ EN TENSION AVEC RÉALIGNEMENT MULTIPHASE D'ÉTAGES

ASYMÉTRIQUES

Domaine technique La présente invention concerne des circuits d'oscillateur commandé en tension (VCO), en particulier ceux du type oscillateur à boucle, caractérisés par un réalignement de phase récurrent par rapport à un signal de référence. La présente invention concerne également des boucles à phase asservie contenant un tel VCO en tant que composant de celles-ci.

Art connexe Dans les structures de VCO classiques, le bruit de modulation de phase (PM) basse fréquence, ou instabilités à long terme, est considérable et cumulatif. Les circuits à boucle à phase asservie (PLL) qui utilisent ce type de VCO sont capables de corriger ce bruit de PM ou instabilité seulement jusqu'à une fréquence de modulation égale à la largeur de bande de PLL. À des fréquences de modulation supérieures, le circuit de PLL interrompt la régulation et par conséquent, le bruit de PM est égal à ou légèrement supérieur au bruit de PM intrinsèque du VCO. Réduire le bruit de PM haute fréquence, les instabilités à court terme, nécessitent soit une très grande largeur de bande de PLL ou un VCO à faible bruit. Agrandir la largeur de bande de PLL est limité par le fait que la largeur de bande ne peut pas dépasser environ 1/20ème de la fréquence de référence, en raison du bruit de quantification. Par conséquent, des circuits VCO à faible bruit sont recherchés. Le réalignement de phase dans un circuit VCO permet 30 de synchroniser sa phase à celle d'un signal d'horloge de référence. En particulier, le bord d'horloge de VCO peut être de nouveau synchronisé à chaque bord d'horloge de référence. Cette nouvelle synchronisation a été réalisée en insérant des inverseurs de réalignement présentant des retards de phase spécifiques dans la boucle de VCO. Voir, par exemple, la demande de brevet international publiée (PCT) WO 03 063337 Al de Sheng et al. Un signal de réalignement est obtenu en combinant la sortie d'horloge du circuit de VCO avec une horloge de référence. Ce signal de réalignement est appliqué sur un des inverseurs de réalignement pour forcer une transition au niveau du bord d'horloge de référence. Les circuits de PLL qui utilisent un VCO à phase réalignée réduisent le bruit de PM ou l'instabilité jusqu'à des fréquences considérablement supérieures par rapport à des circuits de PLL simples comparables. Cependant, cette technique nécessite également un portillonnage numérique sophistiqué et un désalignement de temporisation entre la sortie d'horloge de VCO, l'horloge de référence et le signal de réalignement pour appliquer le réalignement de phase à l'instant optimal. Le facteur de réalignement de phase, qui est défini comme le déphasage de réalignement induit divisé par la différence entre les phases de VCO et de référence juste avant l'instant de réalignement, dépend au minimum de la dispersion et de la mauvaise correspondance de performance de dispositif. L'ajout d'inverseurs de réalignement ajoute un retard de phase sur la boucle de VCO et ainsi réduit la fréquence de fonctionnement maximum du circuit de VCO. Les paramètres de dispositif dans un quelconque mode de réalisation de VCO sont spécifiques de la fréquence de fonctionnement de conception, et par conséquent, cette technique de réalignement de phase particulière ne s'applique pas lorsqu'un circuit de VCO avec une large plage de fréquence est souhaité. Dans le brevet US n 5 495 205, Parker et al. décrivent un oscillateur à commande numérique dans lequel les étages individuels comprennent un réglage de fréquence grossier et affiné en fonction d'un ajustement de charge de condensateur pour chaque inverseur dans la boucle d'oscillateur. Varier les condensateurs de charge des inverseurs de boucle ajuste le retard de propagation entre les étages. Le réglage de fréquence de l'oscillateur est fondé sur un indicateur de retard/avance généré par un détecteur de phase. En outre, un réalignement de phase peut être appliqué sur un étage selon un signal de REINITIALISATION. Le facteur de réalignement de phase à un étage est strictement égal à un et réinitialise entièrement la phase de l'oscillateur. Un avantage de cette construction est qu'elle atteint une largeur de bande relativement grande pour un VCO à des fréquences de fonctionnement modérées. Mais le système est trop lent pour des opérations à des fréquences élevées.

Résumé de l'invention La présente invention utilise une injection de charge parallèle dans chaque étage d'un circuit de VCO pour appliquer un déphasage distribué et simultané sur chaque étage dans la boucle à l'instant où l'alignement est nécessaire. Chacun des étages individuels génère une forme d'onde dans laquelle les temps de montée diffèrent des temps de descente. En conséquence de cette asymétrie de montée/descente dans les formes d'onde provenant des étages individuels, une fonction de réponse de sensibilité d'impulsion à phases multiples est obtenue pour le circuit de VCO dans l'ensemble qui est à la fois strictement positive (ou strictement négative) et également relativement constante dans le temps. Des impulsions de courant courtes sont appliquées simultanément sur chacun des étages afin d'induire des déphasages au niveau de la sortie de chaque étage par rapport à leur angle de phase avant le réalignement. Bien que l'amplitude et le sens du déphasage obtenu à partir de chaque étage individuel dépendent de la phase instantanée de l'étage particulier, la réponse à phases multiples relativement constante permet un déphasage global à partir du VCO dans l'ensemble qui est largement indépendant de la durée de ces impulsions de courant. Par conséquent, le réalignement de phase est facilement obtenu sans nécessiter une quelconque synchronisation spéciale entre l'horloge de référence et les signaux internes de VCO ou la sortie d'horloge. De façon plus générale, la présente invention comprend un système oscillateur à oscillations libres qui peut être synchronisé en phase de façon externe à une oscillation de référence au moyen d'impulsions de réalignement multiples. Ces impulsions sont appliquées simultanément sur des étages séparés par une distribution de phase égale. Les étages individuels présentent une réponse de sensibilité d'impulsion régulière qui, dans un domaine de Fourier, présente une amplitude d'un coefficient de courant continu (défini comme une valeur moyenne de la fonction de réponse sur une période) qui est au moins deux fois celle d'un Nème coefficient d'harmoniques. La pluralité d'étages présentent collectivement une réponse avec les 1' à (N-1) coefficients d'harmoniques supprimés, qui est strictement positive (ou strictement négative) et sensiblement constante sur une période de phase complète.

Selon un mode de réalisation, la réponse de sensibilité d'impulsion multiphase qui est, par construction, sensiblement constante, permet aux impulsions de réalignement d'être appliquées aux étages à un quelconque instant quelle que soit la phase du signal oscillant.

Il est également prévu que la pluralité d'étages sont des circuits d'inversion électronique commandés en tension qui reçoivent un courant de polarisation destiné à établir un signal de tension oscillant à la fréquence cible, la pluralité d'impulsions de réalignement appliquées étant des impulsions de courant proportionnelles au courant de polarisation et proportionnelles à une différence de phase entre le signal de tension oscillant et une phase de référence.

L'invention a également pour objet un circuit d'oscillateur commandé en tension (VCO) multiphase réaligné, comprenant : - une pluralité de N étages d'inversion individuels couplés de manière à fournir un signal de tension d'oscillation, les étages d'inversion étant couplés pour recevoir un courant de polarisation de VCO qui établit une fréquence d'oscillation du signal de tension d'oscillation, au moins une pluralité d'étages d'inversion étant couplés en outre pour recevoir en parallèle des impulsions de courant de réalignement destinées à provoquer un déphasage du signal de tension d'oscillation, les impulsions de courant de réalignement étant proportionnelles au courant de polarisation de VCO et proportionnelles à une différence de phase entre le signal de tension d'oscillation et une phase de référence, et les impulsions de courant de réalignement étant appliquées aux étages d'inversion séparés par une distribution de phase égale ; dans lequel chacun des étages d'inversion présente une réponse de sensibilité d'impulsion régulière qui, dans un domaine de Fourier, présente une amplitude d'un coefficient CC qui est au moins deux fois celle d'un coefficient de Nème harmonique, et dans lequel la pluralité d'étages d'inversion, pour lesquels les impulsions de courant de réalignement sont appliquées en parallèle avec la distribution de phase égale, présente collectivement une réponse de sensibilité d'impulsion multiphase qui, dans un domaine de Fourier, présente des coefficients de 1er à (N-1) harmoniques supprimés, et est par construction strictement d'un signe et sensiblement constante sur un intervalle de phase complet.

Selon différents modes de réalisation : - les impulsions de courant de réalignement sont appliquées à chacun des N étages d'inversion ; les impulsions de courant de réalignement sont applicables sur les étages d'inversion à un instant quelconque auquel une différence de phase est détectée entre le signal de tension d'oscillation et une phase de référence, quelle que soit la phase du signal de tension d'oscillation ; les étages d'inversion génèrent une forme d'onde d'oscillation asymétrique avec des temps de montée et de descente différents ; - le circuit comprend en outre un circuit de détection de fréquence de phase configuré pour comparer le signal de tension d'oscillation avec un signal d'horloge de référence et une pompe de charge destinée à produire les impulsions de courant de réalignement en réponse à la comparaison par le circuit de détection, moyennant quoi le VCO forme un composant d'un circuit de boucle à phase asservie, la réponse de sensibilité d'impulsion multiphase étant, par construction, sensiblement constante permettant aux impulsions de courant de réalignement d'être constantes, quelle que soit le désalignement entre le signal de tension d'oscillation et l'horloge de référence.

L'invention a également pour objet un circuit d'oscillateur commandé en tension (VCO) multiphase réaligné, comprenant : - une pluralité d'étages d'inversion couplés ensemble en série dans une boucle, chacun de ces étages d'inversion dans la boucle fournissant un signal de tension d'oscillation à l'étage suivant dans la boucle avec un retard de phase relatif entre les étages qui s'ajuste automatiquement lui-même selon le nombre d'étages dans la boucle, chaque étage d'inversion dans la boucle réagissant à une entrée de tension de commande pour fournir un ajustement à long terme d'un retard de temps de propagation à travers chaque étage d'inversion dans la boucle et par conséquent ajustant la fréquence d'oscillation de la boucle à une fréquence cible le signal de tension d'oscillation provenant de chaque étage d'inversion dans la boucle présentant une forme d'onde asymétrique dans laquelle un temps de montée du signal de tension d'oscillation diffère d'un temps de descente du signal de tension d'oscillation ; et - un étage de sortie couplé à une sortie de l'un des étages d'inversion, l'étage de sortie configuré pour fournir une sortie d'horloge de VCO ; - dans lequel chacun des étages d'inversion dans la boucle est en outre couplé pour recevoir en parallèle une impulsion de courant de réalignement, ces étages d'inversion réagissant à ladite impulsion de courant de réalignement efficace pour déphaser immédiatement le signal de tension d'oscillation émis depuis chaque étage, avec une fonction de sensibilité d'impulsion multiphase, représentant une réponse de réalignement de phase de la sortie d'horloge de VCO sur l'impulsion de courant de réalignement appliquée en parallèle sur la pluralité d'étage d'inversion dans la boucle, qui est à la fois strictement d'un signe et sensiblement constante de sorte qu'un réalignement de phase global de la sortie d'horloge de VCO est obtenu après un réajustement de phase relatif entre les étages.

Selon différents modes de réalisation : - chacun des étages d'inversion comprend un élément formant source de courant de chargement et un élément formant source de courant de déchargement, couplés tous deux à une ligne de sortie de l'étage d'inversion avec une capacité de charge, l'élément formant source de courant de chargement polarisé par une commande de tension constante, l'élément formant source de courant de déchargement polarisé par une entrée de tension d'oscillation, dans lequel chacun des étages d'inversion est caractérisé par une forme d'onde d'oscillation à montée plus lente et à descente plus rapide ; éventuellement, les éléments formant source de courant de chargement et déchargement sont des transistors PMOS et NMOS respectifs couplés entre une ligne de tension d'alimentation de puissance et une ligne de tension de référence de masse ; en outre, il peut être prévu que chacun des étages d'inversion comprend en outre un transistor MOS de cascode couplé entre le transistor PMOS qui forme l'élément formant source de courant de chargement et la ligne de sortie de l'étage d'inversion, et une ligne d'impulsion de courant de réalignement couplée entre le transistor PMOS et le transistor MOS de cascode ; un convertisseur de tension/courant est couplé pour recevoir la tension de commande et fournit un courant de polarisation réfléchi fo proportionnel à ladite tension de commande pour chacun des étages d'inversion de manière à établir le retard de temps de propagation à travers chaque étage d'inversion ; éventuellement, un circuit auxiliaire de copie de courant de réalignement est couplé pour recevoir l'impulsion de courant de réalignement et pour fournir des copies de celle-ci aux transistors de copie de courant dans chacun des étages d'inversion, de sorte que l'impulsion de courant de réalignement copié est superposée sur le courant de polarisation réfléchi io ; le circuit de VCO comprend en outre : o un circuit de détecteur de phase couplé pour recevoir et comparer un signal d'horloge de référence stable et la sortie d'horloge de VCO, le circuit de détecteur de phase fournissant des signaux de commande montants/descendants qui dépendent de si la sortie d'horloge de VCO suit ou précède le signal d'horloge de référence ; et o un circuit de pompe de charge couplé pour recevoir les signaux de commande montants/descendants provenant du circuit de détecteur de phase et opérationnel pour produire l'impulsion de courant de réalignement. en outre, il peut être prévu que l'impulsion de courant de réalignement présente une amplitude crête proportionnelle à la tension de commande, présente un signe positif ou négatif qui dépend de si la sortie d'horloge de VCO suit ou précède le signal d'horloge de référence, et présente une largeur d'impulsion correspondant à la différence de phase relative entre le signal d'horloge de référence et la sortie d'horloge de VCO, moyennant quoi un facteur de réalignement sensiblement constant est obtenu pour chaque impulsion de courant de réalignement ; le circuit comprend en outre : o un circuit de division par N couplé pour recevoir la sortie d'horloge de VCO et pour agir sur les bords d'horloge de VCO pour générer un signal d'horloge divisé de 1/Nème fréquence par rapport à la sortie d'horloge de VCO ; o un circuit de détection de fréquence de phase principale configuré pour comparer une fréquence moyenne du signal d'horloge divisé avec celle d'une horloge de référence stable sur une pluralité de cycles d'horloge et pour générer des signaux de commande montants/descendants à long terme en résultat de cette comparaison ; et o une pompe de charge principale et un filtre passe-bas configurés pour produire l'entrée de tension de commande vers le circuit de VCO en réponse aux signaux de commande montants/descendants à long terme, moyennant quoi le circuit de VCO forme un composant d'un circuit de boucle à phase asservie. le circuit de VCO formé comme un composant de circuit de boucle à phase asservie comprend en outre : o un deuxième circuit de détection de fréquence de phase comparant la phase relative du signal d'horloge divisé avec celle de l'horloge de référence stable pour générer des signaux de commande montants/descendants de réalignement de phase en résultat d'une telle comparaison ; et o une pompe de charge de réalignement produisant des impulsions de courant de réalignement en réponse aux signaux de commande montants/descendants de réalignement, les impulsions de courant de réalignement étant applicables à la pluralité d'étages d'inversion à un instant quelconque, quel que soit le désalignement entre le signal d'horloge divisé et l'horloge de référence stable.

L'invention a également pour objet un procédé de réalignement d'une phase d'une sortie d'horloge fournie par un oscillateur commandé en tension du type comprenant une pluralité d'étages d'inversion couplés ensemble en série dans une boucle, le procédé de réalignement de phase comprenant les étapes consistant à : prévoir que chacun des étages d'inversion dans la boucle produit un signal de tension d'oscillation avec une forme d'onde asymétrique dans laquelle les temps de montée et de descente du signal de tension d'oscillation diffèrent ; et - appliquer une impulsion de courant de réalignement en parallèle à chacun des étages d'inversion dans la boucle, l'impulsion de courant de réalignement effective pour déphaser immédiatement le signal de tension d'oscillation produit à partir de chaque étage, dans lequel une fonction de sensibilité d'impulsion multiphase qui représente une réponse de réalignement de phase à l'impulsion de courant de réalignement de la sortie d'horloge fournie par l'oscillateur commandé en tension est à la fois strictement d'un signe et sensiblement constante pour toutes les phases de la sortie d'horloge.

Selon différents modes de réalisation : - les impulsions de réalignement sont appliquées aux étages d'inversion si nécessaire à un instant quelconque quelle que soit la phase du signal de tension d'oscillation ; -la caractéristique de forme d'onde asymétrique de chaque étage d'inversion prévu dans la boucle est une forme d'onde d'oscillation à montée plus lente et à descente plus rapide générée en fournissant un courant de chargement sensiblement constant à une ligne de sortie capacitive de l'étage d'inversion et un courant de déchargement provenant de la ligne de sortie qui dépend d'une entrée de tension d'oscillation provenant d'un étage d'inversion précédent de la boucle ; éventuellement, l'impulsion de courant de réalignement est appliquée comme un courant de chargement supplémentaire à la ligne de sortie de chaque étage ; - le procédé comprend en outre les étapes consistant à : o contrôler la sortie d'horloge fournie par l'oscillateur à commande de tension et comparer la sortie d'horloge à un signal d'horloge de référence ; et o générer l'impulsion de courant de réalignement avec un signe dépendant de si la sortie d'horloge suit ou précède le signal d'horloge de référence. l'impulsion de courant de réalignement est générée avec une largeur d'impulsion qui correspond à une différence de phase relative entre la sortie d'horloge provenant de l'oscillateur commandé en tension et le signal d'horloge de référence ; éventuellement, les impulsions de courant de réalignement générées sont appliquées aux étages d'inversion si nécessaire, quel que soit le désalignement quelconque entre la sortie d'horloge et le signal d'horloge de référence.

Brève description des dessins La figure 1 est un exemple de vue schématique de base d'un oscillateur commandé en tension multiphase réaligné de la présente invention, illustré ici par un oscillateur à boucle à 3 étages. La figure 2 est une vue schématique de base d'un étage individuel de l'oscillateur de la figure 1. La figure 3 est un schéma de phase représentant les déphasages de phase (Al)) des étages individuels en raison d'impulsions de courant courtes respectives qui injectent une charge dans chacun des étages.

La figure 4 est un graphique d'un signal de tension de sortie provenant de chaque étage (V1, V2, V3), et du signal de sortie d'horloge de VCO (CKwo) sur le temps, où les courbes en pointillés représentent les tensions de sortie avant le réalignement, et où les lignes pleines représentent les tensions de sortie après le réalignement. La figure 5 est un graphique de fonctions de réponse de sensibilité d'impulsion (ISF et MISF) pour un étage de boucle de VCO individuelle (courbe en pointillés) et pour le VCO entier (courbe pleine), pour le mode de réalisation de circuit de VCO représenté sur la figure 8. La figure 6 est un graphique de déphasages de sortie de VCO dus au réalignement, exprimés en milliradians à 160 MHz, sur l'erreur de phase détectée entre la sortie d'horloge de VCO et une horloge de référence, pour trois procédés de fabrication du mode de réalisation de circuit de VCO représenté sur la figure 8. Les figures 7A et 7B sont des schémas de circuit illustrant respectivement une construction théorique générale et une mise en oeuvre pratique pour un étage de VCO individuel qui génèrent une forme d'onde asymétrique destinée à être utilisée dans un circuit de VCO selon la présente invention, tel que dans le mode de réalisation de la figure 8. La figure 8 est un exemple de schéma de circuit de niveau transistor d'un exemple de mode de réalisation de circuit de VCO à boucle selon la présente invention. Pour plus de simplicité, des libellés de signal communs (G,, GN, GRI,, V1, V21 V3) indiquent les diverses connexions entre les éléments de circuit de VCO. La figure 9 représente un exemple de circuit de pompe de charge pour fournir l'impulsion de courant d'injection proportionnelle IALIGN au VCO à boucle de la figure 8. La figure 10 est un schéma de transition d'état pour une machine d'état de circuit de détecteur de fréquence de phase (PFC) fournissant les signaux montants et descendants complémentaires aux commutateurs dans le circuit de pompe de charge de la figure 9. La figure 11 est un schéma de forme d'onde de signal pour la machine d'état de PFC réagissant à la sortie d'horloge de VCO CKwo et l'horloge de référence CKmF pour générer dans le circuit de pompe de charge une impulsion de courant positif ou négatif IALIGN de largeur appropriée. La figure 12 est un schéma de principe d'un circuit de PLL utilisant un circuit de VCO multiphase réaligné de la présente invention dans la boucle. La figure 13 est un modèle de phase linéaire du circuit de PLL sur la figure 12 destiné à être utilisé pour estimer le bruit de modulation de phase. La figure 14 est un graphique du bruit de modulation de phase (en dBc/hz) sur la fréquence de modulation de porteuse (en Hz) pour un circuit de VCO multiphase réaligné comme sur la figure 8, pour un circuit de PLL représentatif de l'art antérieur sans réalignement multiphase, et des circuits de PLL multiphase réalignés comme sur les figures 12 et 13 avec divers filtres passe bas et caractérisés par un petit (0,1) facteur de réalignement R.

Description détaillée En référence à la figure 1, un circuit d'oscillateur commandé en tension (VCO) à boucle à trois étages comprend une série d'étages d'inversion 11, 12 et 13, avec la sortie du troisième étage 13 couplée en retour à l'entrée du premier étage 11. Chacun des étages 11, 12 et 13 émet une tension d'oscillation V1, V2 et V3, respectivement, qui est essentiellement régulière dans le temps. Le nombre d'étages peut varier.

La fréquence d'oscillation des tensions de sortie V1, V2 et V3 dépend du retard de propagation à travers un cycle de la boucle et peut être ajustée à une fréquence cible utilisant une tension de commande VCONTROL/ appliquée par l'intermédiaire d'une entrée de commande 15, sur chacun des étages 11, 12 et 13. Les tensions de sortie d'oscillation provenant des trois étages présentent des phases relatives qui ont tendance à être distantes de 120 (sauf immédiatement après une impulsion de réalignement). Un étage de sortie à gain élevé 17 entraîne le signal reçu en provenant des étages de boucle jusqu'à la saturation, de sorte qu'il génère une sortie d'horloge de VCO CKw0 qui est essentiellement une onde carrée avec la même fréquence que celle de la boucle. Chaque étage de boucle 11, 12 et 13 reçoit également une impulsion de réalignement courte VALIGN par l'intermédiaire d'une deuxième entrée de commande 19 dès lors que le réalignement de phase de la sortie de VCO CKvc0 est jugé nécessaire. De cette manière, les impulsions de courant de réalignement sont appliquées en parallèle sur tous les étages de la boucle de VCO, et l'injection de charge parallèle associée dans chaque étage provoque des déphasages simultanés et distribués sur chaque étage de la boucle. En se référant à la figure 2, chaque étage de boucle de VCO 21 est caractérisé par un retard de propagation ou phase relative entre son signal de tension d'entrée VN et son signal de tension de sortie inversée VN+1 qui est proportionnel au courant injecté total. Cela comprend un courant de polarisation de VCO IBIAS, qui est proportionnel à la tension de commande VCONTROL/ plus une contribution supplémentaire provenant de l'impulsion de 17 courant d'alignement IALIGN, qui est activée et désactivée par l'impulsion VALIGN. Un concepteur de circuit peut optimiser la quantité relative du déphasage de réalignement pour une différence de phase d'horloge de sortie/de référence donnée en augmentant l'amplitude d'injection de charge proportionnellement au courant de polarisation IALIGN/IBIAS (représenté par le facteur k). En référence aux figures 3 et 4, les trois étages de la boucle de VCO ont tendance à fonctionner avec une différence de phase relative entre eux de 120 . Bien que les étages puissent dévier légèrement de cette tendance, en particulier immédiatement après un réajustement de phase, lorsque les tensions d'entrée et de sortie d'oscillation V17 V2 et V3 se propagent à travers les étages dans la boucle, les phases relatives s'ajustent de manière à s'approcher, puis à se maintenir à ou proches de 120 . Dans des oscillateurs à boucle de VCO avec certains autres nombres d'étages, les phases relatives diffèrent, mais ont tendance à s'équilibrer et à s'accumuler à 360 (par exemple, une différence de phase relative de 72 entre les étages d'une boucle à 5 étages). Les vecteurs en pointillés sur le schéma de phase de la figure 3 et le déplacement relatif des courbes sinusoïdales en pointillés sur la figure 4 illustrent impulsion de réalignement de phase. La sortie d'horloge de VCO CKwo est en forme d'onde trapézoïdale ou presque carrée et présente une phase de ses transitions qui est 30 légèrement ultérieure à celle des passages par zéro de la sortie de tension V3 provenant du troisième étage de la boucle, en raison d'un retard de propagation léger mais sensiblement constant de l'étage de sortie, comme cela est représenté sur la figure 4. Une impulsion de courant de réalignement est appliquée à un temps to sur tous les étages de boucle en parallèle. Cela produit un déphasage simultané et distribué au niveau de la sortie de chaque étage dans la boucle. Cependant, les déphasages (41, i42, 43) provenant des différents étages ne sont pas nécessairement égaux, ni même nécessairementdans le même sens, même si les étages sont autrement identiques d'un point de vue structurel, car ils sont à des phases relatives différentes au temps to de l'impulsion de réalignement. Par exemple, le résultat immédiat d'une impulsion de réalignement de phase, représenté comme des vecteurs pleins sur le schéma de phase de la figure 3 et les courbes sinusoïdales pleines sur la figure 4, représentent un cas dans lequel le déphasage 41 provenant du premier étage de boucle est dans un sens positif (anti-horaire), alors que les déphasages 42 et 43 provenant des deuxième et troisième étages de phase sont dans un sens négatif (horaire), et dans lequel 4, est relativement supérieur à l'un ou l'autre de 42 et A43. Le résultat particulier varie selon l'instant où l'impulsion de courant de réalignement est appliquée.

Néanmoins, le résultat final au niveau de la sortie d'horloge de VCO CKwo, après que le signal de tension d'oscillation a eu une chance de se propager à travers tous les étages de la boucle et de s'ajuster vers une nouvelle différence de phase relative de 120 entre les étages, est une moyenne des trois déphasages individuels distribués entre les trois étages. Dans l'exemple représenté sur la figure 4, cette moyenne est un déphasage positif léger A4 dans la sortie d'horloge de VCO CKvco Le concept d'une fonction de réponse de sensibilité d'impulsion (ISF) qui est une caractéristique pour chaque étage de boucle de VCO individuel peut être adapté pour arriver à une fonction de réponse de sensibilité d'impulsion multiphase (MISF) pour la boucle de VCO dans l'ensemble. L'ISF pour un quelconque étage de boucle de VCO donné à un moment donné dans le temps est définie comme le rapport du déphasage instantané produit au niveau de la sortie de VCO divisé par la quantité de charge relative injectée par l'impulsion de courant très courte IALIGN dans cet étage. La quantité de charge relative est calculée en référence à l'oscillation de charge totale échangée entre l'étage et sa capacité de charge sur un intervalle d'oscillation. C'est-à-dire, la fonction de réponse de sensibilité d'impulsion ISF(t) = (o4(t) / Oq )•f i L (t)dt où l'intégration f est sur un intervalle d'oscillation entier (une plage de 0 à To), 04 (t) est le déphasage dépendant du temps induit au niveau de la sortie d'étage individuel, Aq est la quantité de charge 25 injectée dans l'étage de VCO au moment du réalignement, iL(t) est le courant de charge de l'étage. L'ISF est une fonction de temps régulière présentant la même fréquence que la fréquence d'oscillation de boucle du circuit de VCO. Le signe de l'ISF dépend de 30 l'instant où l'impulsion de courant est appliquée. Par exemple, il peut être positif au niveau des pentes montantes de signal et négatif au niveau des descendantes.20 Cependant, l'amplitude n'est généralement pas identique pour les parties positive et négative de la courbe d'ISF. La figure 5 représente une ISF d'un étage individuel (la courbe en pointillés) pour le mode de réalisation de VCO de la figure 7. Les courbes d'ISF pour d'autres étages dans un VCO sont sensiblement identiques, mais en quinconce dans le temps par une fraction de 1/N de l'intervalle d'ISF, où N est le nombre d'étages dans la boucle de VCO.

La fonction de réponse de sensibilité d'impulsion multiphase (MISF) est définie comme le rapport du déphasage global de l'horloge de sortie de VCO divisé par la quantité de charge relative injectée simultanément par des impulsions de courant très courtes dans tous les étages de boucle du VCO. L'équation donnée ci-dessus pour l'ISF s'applique également sur la MISF, à l'exception que Aq est la quantité de charge totale injectée dans tous les étages de boucle. Pour établir la relation entre l'ISF et la MISF, on 20 peut développer l'ISF individuelle pour les divers étages comme suit :

ISFk(t) = ISFk(t - kTo/N),

25 où ISFk(t) est l'ISF du premier étage, k est l'index d'étage (0 to N-1), et To est l'intervalle d'oscillation. En supposant qu'ISFo(t) peut être développé à l'aide d'une transformation de Fourier comme suit :

30 ISFk(t) = Co/2 + Cä cos(ncuot + fion),

avec les coefficients d'amplitude et de phase Cä et con et avec l'index de transformation n allant de 1 à co, on peut facilement dériver l'ISFk(t) correspondant pour les étages suivants comme suit :

ISFk(t) = Co/2 + L Cn cos (nwot + 2nkn/N + cpn). Combiner l'ISF des N étages fournit l'expression MISF suivante :

MISF (t) = Gk ISFk(t) 10 = NCo/2 + Cn cos (nwot + 2nkn/N + cpn) .

Enfin, en tenant compte que

1, Cn cos (nwot + 2nkn/N + cpn) = N cos (nwot + cpn ) 15 dès lors que n est un multiple de N, c'est-à-dire, pour n = N•m pour un index m de 1 à œ, et égal à 0 dans tous les autres cas, on obtient alors la relation entre les coefficients de Fourier ISF et MISF où : MISF (wot) = NCo/2 + N L CNm cos (Nmwot + cpNm)

Par conséquent, on peut observer que, tandis qu'ISF est une fonction régulière oscillant à la fréquence de 25 VCO, la MISF est également une fonction régulière, mais sa fréquence est égale à la fréquence de VCO multipliée par le nombre d'étages, N. C'est-à-dire, la MISF présente une fréquence N fois supérieure à la fréquence de VCO. La sensibilité de réalignement multiphase, NCo/2, est 30 également N fois supérieure à la sensibilité d'impulsion unique correspondante, Co/2, des circuits de VCO antérieurs. (N = 3 dans l'exemple de circuit de VCO à boucle à trois étages observé sur les dessins.) 20 En supposant que la valeur de courant continu Co de l'ISF soit supérieure à la valeur de la Nème harmonique CN, la MISF résultante est une fonction presque constante avec une ondulation très faible, de sorte que le déphasage induit ne varie pas beaucoup selon l'instant de l'injection. Pour Co au moins deux fois CN, la MISF est également strictement positive ou strictement négative, de sorte que son signe (le sens du changement de phase de réalignement global) ne dépend pas du moment de l'injection. La figure 5 représente une MISF strictement positive et relativement constante (courbe pleine) pour l'exemple de mode de réalisation de VCO décrit ci-dessous. La petite quantité d'ondulation reflète la présence d'une valeur de e' harmonique dans la MISF de l'exemple de mode de réalisation. Bien que cette caractéristique de MISF d'un VCO ne soit pas adaptée pour réduire le bruit de phase si le VCO est utilisé dans un mode d'oscillation libre, elle atteint une meilleure performance dans un mode réaligné multiphase. Un avantage d'une MISF presque constante est que le réalignement de phase peut être réalisé sans une quelconque synchronisation spéciale entre l'horloge de référence et les signaux internes de VCO ou l'horloge de sortie. On ne fait pas réellement attention à l'instant, pendant un cycle d'oscillation, auquel l'impulsion de réalignement est appliquée. Un point fondamental dans l'obtention de ces résultats désirables se trouve dans le relâchement de certaines contraintes de conception pour permettre au terme Co de l'ISF de chaque étage d'augmenter par rapport aux autres coefficients de l'ISF, principalement par rapport au terme CN, et dans la compensation de ce changement en appliquant un réalignement multiphase pour tirer avantage des effets de la MISF de la boucle de VCO dans l'ensemble. Le VCO doit être un VCO multiphase. Les VCO à une seule phase (tels que les VCO de Colpitts) ne peuvent pas être réalignés avec l'effet de la MISF. Le nombre de phases détermine l'ordre de suppression des harmoniques. Par exemple, pour un oscillateur à boucle à trois étages, N = 3, et les deux premiers coefficients d'harmoniques de l'ISF, C1 et C21 sont supprimés automatiquement dans la MISF, étant donné que ces harmoniques ne sont pas un multiple de trois. La particularité est ensuite d'obtenir Co > Z C3, c'est-à-dire, un coefficient de courant continu Co non nul qui soit suffisamment grand par rapport à l'harmonique suivante qui est exprimée dans la MISF, nommément la troisième harmonique. Dans la présente invention, cela peut être atteint en utilisant des étages asymétriques, dans lesquels le temps de montée de la forme d'onde d'oscillation générée par un étage individuel est différent du temps de descente de cette forme d'onde d'oscillation, qui à son tour entraîne une réponse de déphasage pendant les phases où la forme d'onde d'oscillation de l'étage monte différente de la réponse de déphasage pendant les phases où la forme d'onde d'oscillation descend. Une mise en oeuvre pratique d'un étage de VCO asymétrique est décrite de façon plus détaillée ci-dessous. En référence à la figure 6, le déphasage de sortie dû au réalignement est une fonction continue et linéaire de l'erreur de phase détectée entre l'horloge de sortie de VCO et une horloge de référence. Les fonctions linéaires dessinées sous forme de graphique sur la figure 6 sont pour une fréquence de fonctionnement de 160 MHz. L'inclinaison de chaque relation est un facteur de réalignement 13. Si 0) représente le déphasage relatif de l'horloge de sortie CK,o induit par une injection de charge multiphase dans les étages de boucle de VCO et A0 représente l'erreur de phase avant le réalignement, alors on peut définir un facteur de réalignement 0 = 04/Ae. Le problème avec le facteur de réalignement apparaît dans les circuits de VCO à plage de fréquence large du fait que sa valeur a tendance à dépendre, dans une certaine mesure, de la fréquence de fonctionnement du VCO. L'utilisation de la technique du réalignement multiphase de la présente invention permet d'associer la quantité d'injection de charge relative avec le courant de polarisation de VCO, ce qui a pour résultat une amplitude plus stable de 0 sur une plage de fréquence large. Le facteur de réalignement 0 est contrôlé en augmentant l'amplitude d'impulsion de réalignement IALIGN proportionnellement au courant de polarisation de VCO Issas (= Gm • VCONTROL) • La figure 6 montre qu'on peut conserver le facteur de réalignement R relativement constant sur une plage de procédés de fabrication.

La figure 7A illustre le principe de fonctionnement de base d'un étage de boucle de VCO présentant la valeur de courant continu non nulle requise Co > Z • CN pour la MISF. La forme d'onde d'oscillation fournie par chaque étage dans la boucle de VCO peut être asymétrique, c'est-à-dire le temps de montée différent du temps de descente. Dans des oscillateurs à relaxation et à boucle, l'oscillation est constituée principalement du chargement et du déchargement alternés d'une capacité de charge, CLOm. Des éléments de source de courant 51 et 54 des circuits des étages conduisent des courants de chargement et de déchargement respectifs, icharge et idischarge en direction et en provenance du condensateur CLOAD à travers des commutateurs de commande respectifs 52 et 53. (Remarque : dans certains modes de réalisation de circuit, la conduction de courant et la commutation peuvent être réalisées par le même élément, tel que par un transistor MOS.) Pour amener les temps de montée et de descente à être différents, le courant de chargement icharge doit être différent du courant de déchargement -Idischarge• Sur la figure 7B, un exemple de mode de réalisation CMOS des circuits de base mis en évidence sur la figure 7A utilise un courant de chargement fixe, Zcharge Gmp. VCONTROL fourni par un transistor PMOS 61 dont la porte 64 est polarisée par une commande de tension constante VCONTROL : tandis que le courant de déchargement, idischarge G,,,,,•VN, est un courant variable qui dépend de la tension d'entrée d'oscillation VN fournie à la porte 66 d'un transistor NMOS 63. Un transistor PMOS à cascode 62 polarisé par une tension cascode VCASCODE Peut être prévu dans le chemin de chargement pour diriger l'injection de quelconques impulsions de courant de réalignement IALIGN fournies depuis un noeud d'entrée 67 placé entre les transistors 61 et 62. Une forme d'onde d'oscillation à montée lente et à descente rapide est propagée sur une ligne de sortie capacitive 68 ayant une capacité de charge CLOAD• Cette construction d'un étage d'inversion pour un circuit de VCO n'est pas limitée uniquement aux mises en oeuvre CMOS, mais peut être étendue à d'autres technologies de circuit comprenant d'autres conceptions MOS et des mises en oeuvre BJT. Pourvu que les étages de VCO présentent ces formes d'onde asymétrique et au moins deux phases, l'effet de réalignement multiphase peut être mis en oeuvre. Les meilleures constructions de circuit de VCO pour le réalignement multiphase sont les VCO à boucle asymétrique, les VCO à boucle différentielle, les VCO à relaxation différentielle et les VCO RC à déphasage. Un quelconque de ceux-ci peut être adapté pour le réalignement multiphase selon la présente invention. La figure 8 représente un exemple de mode de réalisation d'un tel circuit de VCO selon la présente invention. Ce qui est représenté est un exemple plus détaillé du VCO de boucle sur la figure 1. Le nombre d'étages de boucle peut être varié. Ce mode de réalisation est fondé sur des étages d'inversion NMOS à cascode. On peut, si nécessaire, modifier ce mode de réalisation pour utiliser des étages d'inversion CMOS, mais le VCO résultant est plus lent et plus sensible aux ondulations que la tension d'alimentation Vsup. La présente invention peut également être construite à l'aide d'un circuit intégré bipolaire ou d'autres types de circuit intégré. Dans une autre variante, on peut injecter le courant de réalignement de façon différentielle au lieu d'utiliser des impulsions IALIGN• La technique d'injection de charge distribuée de la présente invention peut également s'appliquer aux étages d'un oscillateur LC, au lieu de celui représenté ici qui utilise des étages d'inversion. La figure 9 représente un exemple de détecteur de phase et le circuit de pompe de charge pour fournir l'injection proportionnelle IALIGN au VCO de boucle de la figure 8.

Sur la figure 8, un convertisseur tension/courant 70 reçoit une tension de commande VcQ ROL au niveau de la porte du transistor NMOS Tl pour commander la fréquence d'oscillation du circuit de VCO. La résistance Ri convertit VcQNTROL moins la tension seuil du transistor Ti en un courant proportionnel io. Dans un mode de réalisation spécifique, le transistor Ti présente un grand rapport largeur/longueur de canal de porte et fonctionne légèrement au-dessus de la zone de seuil. Les transistors T2, T3 et T4 forment des dispositifs de référence de courant miroir destinés à établir des tensions de porte GF et GN devant être appliquées sur des transistors correspondants dans les étages de boucle de VCO 71, 72 et 73. Les transistors PMOS T2, T3, T10, T17 et T24 sont associés les uns aux autres et partagent les mêmes tensions source et de porte, VSUP et G,. De même, les transistors NMOS T4, T5, T12 et T19 sont associés les uns aux autres et partagent les mêmes tensions de source et de porte VINF et GN. De cette manière, les courants i2 et i3 sont associés au courant de référence io établi par VCONTROL, et les courants de polarisation i011 i02 et iO3 sont associés au courant correspondant i00 dans le convertisseur tension/courant 70. Les largeurs et les longueurs de canal de porte sont choisies pour être assez grandes pour obtenir une bonne association. Les tensions de drain des transistors PMOS T10, T17 et T24 dans les étages 71, 72 et 73 sont rendues stables en raison des transistors à cascode T8, T15 et T22. Ces transistors à cascode présentent une tension de porte qui suit les variations de la tension d'alimentation VSUP, ce qui améliore le taux de rejet d'alimentation électrique du circuit de VCO. La tension VSUP/porte du transistor à cascode T8 est déterminée par la somme de tensions porte/source des transistors T7 et T9 polarisées par le courant i0 (associé à i.). Les tensions VSUP/porte des transistors à cascode T15 et T22 sont déterminées de la même manière, avec des transistors T14, T16, T21 et T23. Le fait que les transistors T10, T17 et T22 puissent être lents (en raison de leurs grandes longueurs de canal pour garantir ùne bonne association avec T2) n'influence pas la vitesse du VCO. Cela dépend plutôt de la vitesse des transistors à cascode T8, T15 et T22. Par conséquent, pour un fonctionnement rapide, ces transistors à cascode présentent la longueur de canal la plus courte de tous les transistors dans le circuit. Des condensateurs Cl, C2 et C3 dans les étages 5 d'inversion 71, 72 et 73 sont utilisés pour ajuster la plage de fréquence du VCO. Un circuit auxiliaire de copie de courant de réalignement proportionnel 74 fournit une entrée de tension de réalignement GR, au moyen d'un transistor PMOS 10 T32 aux transistors de copie de courant de réalignement T11, T18 et T25 dans les étages d'inversion 71, 72 et 73. Les courants de réalignement in, in et in à travers les transistors T11, T18 et T25 sont des copies du courant à travers le transistor T32. Cependant, l'association 15 précise des transistors T11, T18 et T25 au transistor T32 n'est pas fondamentale, puisque la fonction de réponse de sensibilité d'impulsion multiphase (MISF) n'est pas très sensible aux petites différences des courants de réalignement. En réalité, cette faible sensibilité est 20 bonne d'un point de vue de la conception, car les transistors de copie de courant T11, T18, T25 et T32 doivent être créés avec la longueur de porte la plus courte et la porte la plus petite possible pour être capable de copier les impulsions de courant très courtes 25 IALIGN Le courant de réalignement in comprend à la fois un composant CC copié à partir des transistors NMOS réfléchis en miroir T26 et T28 (iooi) et un composant pulsé ImIGN fourni par une pompe de charge. Les deux 30 composants ion et mALIGN sont proportionnels au courant de polarisation de VCO io établi dans le convertisseur de tension/courant 70. Cela permet de réaliser un facteur de réalignement à faible dispersion (3 par rapport au courant de polarisation de VCO io et ainsi par rapport à sa fréquence de fonctionnement. Le composant CC iooi peut généralement être égal à environ 20 % de io, alors que le composant pulsé IALIGN peut généralement être égal à environ 10 % de io. Une pompe de charge de réalignement 75, décrite ci-dessous en référence à la figure 9 fournit IALIGN, qui est une impulsion positive dès lors que la phase de sortie de VCO est inférieure à (suit) la phase de référence, et une impulsion négative dès lors que la phase de sortie de VCO est supérieure à (précède) la phase de référence. Cette impulsion de réalignement amène la phase de la sortie d'horloge de VCO à être accélérée ou ralentie, si nécessaire, de manière à aligner la sortie d'horloge de VCO avec l'horloge de référence.

Enfin, un transistor à cascode NMOS T29 est couplé au transistor T28 dans le circuit auxiliaire de copie de courant 74 pour réduire l'injection de charge parasitaire induite par les capacités de sortie intrinsèques Cgd et Cd, du transistor T28. Comme les autres transistors de copie de courant T11, T18, T25 et T32, le transistor à cascode T29 est également composé avec la longueur de porte la plus courte et la plus petite largeur de porte possible pour réagir rapidement aux impulsions de courant IALIGN très courtes.

En référence à la figure 9, le circuit auxiliaire de copie de courant de réalignement proportionnel 74 reçoit les impulsions de courant IALIGN provenant d'un circuit auxiliaire de pompe de charge 75. Comme cela est déjà mentionné, l'amplitude des impulsions doit être proportionnelle au courant de polarisation VCO io. Le signe doit être positif lorsque la phase de sortie de VCO est inférieure à (suit) la phase d'horloge de référence. La largeur d'impulsion doit être égale au retard de temps entre le bord d'horloge de sortie de VCO et le bord d'horloge de référence. Sur la figure 9, un circuit de détecteur de fréquence de phase (PFC) conventionnel, non représenté mais bien connu dans l'art, fournit les signaux montants et descendants, up et dn, et leurs compléments, à un ensemble de commutateurs qui ouvrent ou ferment selon le schéma de transition d'état sur la figure 10 et le schéma de forme d'onde du signal sur la figure 11. Un quelconque circuit de PFC qui fonctionne comme sur les figures 11 et 12, peut être utilisé. Par exemple, le circuit de PFC peut être mis en oeuvre à l'aide de bascules bistables RS basées sur des portes NAND élémentaires. Les transistors T33 à T41 constituent le générateur de charge d'impulsion qui couple de manière sélective les lignes d'alimentation Vmp et VINA à la ligne d'impulsion de réalignement GRL par les signaux montants et descendants pour générer les impulsions de réalignement IALIGN• Dès lors que le signal up est haut et dn est bas, le courant iup à travers les transistors T37 et T34 est entraîné vers le noeud GRL, alors que le courant idä à travers le transistor T40 est entraîné vers un noeud de rejet G. Cela augmente le courant à travers le transistor T32 et injecte ainsi une impulsion de courant positif dans tous les étages de VCO 71, 72 et 73 par l'intermédiaire de transistors de copie T11, T18 et T25, accélérant instantanément le VCO. À l'opposé, dès lors que le signal up est bas et dn est haut, le courant idn est entraîné vers le noeud GRL alors que iup est entraîné vers le noeud de rejet GRL,• Cela réduit le courant à travers le transistor T32 et ainsi injecte une impulsion de courant négatif dans tous les étages de VCO 71, 72 et 73 par l'intermédiaire des transistors de copie T11, T18 et T25, ralentissant instantanément le VCO. Les amplitudes des courants iäp et idn sont toutes égales à environ la moitié de l'amplitude du courant i0.

Les transistors T33, T34 et T35 sont tous associés à leurs longueurs de canal de porte avec le transistor T26, mais leurs largeurs de porte sont conçues de manière à garantir que les amplitudes de courant sont approximativement iup = idn = / • ioi. Les transistors à cascode T36, T37 et T38 pour les transistors respectifs T33, T34 et T35 minimisent une quelconque injection de charge parasite due aux commutations montantes et descendantes. En référence aux figures 10 et 11, un exemple de circuit de détecteur de fréquence de phase qui peut être utilisé avec la présente invention peut être sensible aux bords descendants de la sortie d'horloge de VCO CKvco et de l'horloge de référence CKREF• CKvco peut être masqué par un signal CKDiv, qui représente la sous-division de fréquence de CKvco obtenue par un diviseur de fréquence numérique fonctionnant sur le bord montant de CKwo, comme cela est illustré sur la figure 11. La détection de phase est ensuite créée seulement après N intervalles d'horloge de VCO, ou un intervalle d'horloge de référence, où N est le facteur de multiplication entre la fréquence d'horloge de sortie de VCO et la fréquence d'horloge de référence. À chaque bord descendant de CKmF : (a) si l'état de PFC existant est DOWN, alors le PFC transite (91) à l'état ZERO ; (b) si l'état de PFC existant est ZERO, le PFC transite (92) à l'état UP ; et (c) si l'état de PFC est UP, alors le PFC conserve le même état (93). À chaque bord descendant de CKvco, alors que CKDrv est haut : (a) si l'état de PFC existant est UP, alors le PFC transite (94) à l'état ZERO ; (b) si l'état de PFC existant est ZERO, alors le PFC transite (95) à l'état DOWN ; et (c) si l'état de PFC existant est DOWN, le PFC conserve le même état (96). À l'état ZERO, les signaux up et dn sont tous deux réinitialisés à O. À l'état UP, le signal up est défini haut à 1, alors que le signal dn est réinitialisé à 0. À l'état DOWN, le signal up est réinitialisé à 0, alors que le signal dn est défini haut à 1. Comme cela est déjà mentionné, les signaux up et dn déterminent l'impulsion de courant IALIGN générée par les circuits de pompe de charge 75 sur la figure 9. Les formes d'onde résultantes peuvent être observées sur la figure 11. Il est à noter que la largeur de l'impulsion de courant IALIGN est proportionnelle à la différence de phase entre CKvco et CKREF, étant plus large, par exemple, à l'événement de détection de phase 101 qu'aux événements 103 ou 105. Lorsque l'impulsion de courant est négative (par exemple, en 101) en raison d'un événement UP, la phase de VCO est accélérée, ce qui fournit un état UP de durée plus courte au niveau de la détection de phase suivante 103, et finalement, un état DOWN à l'événement de détection 105. L'impulsion de courant est positive (par exemple en 105) en raison d'un événement DOWN, amenant la phase de VCO à ralentir. De cette manière, la phase d'horloge de sortie de VCO tend continuellement vers la phase de l'horloge de référence CKmF. En référence à la figure 12, le circuit de VCO multiphase réaligné de la présente invention peut être utilisé dans un circuit à boucle à phase asservie (PLL), ayant pour résultat une réduction significative du bruit de phase ou instabilité. Le circuit de PLL multiphase réaligné utilise une boucle principale comprenant un circuit de détection de fréquence de phase (PFC) principal 111, une pompe de charge principale 113, un filtre passe bas 115, un circuit de VCO multiphase réaligné 117 comme celui décrit ci-dessus et un diviseur de fréquence de division par N 119. Le circuit de PLL comprend également un circuit de détection de fréquence de phase (PFC) 121 et une pompe de charge de réalignement multiphase 123 pour alimenter le circuit de VCO 117 avec l'impulsion de courant de réalignement IALIGN• À la fois les circuits de PFC 111 et 121 agissent au niveau des bords descendants des signaux CKmF et CKDIV, comme sur les figures 10 et 11, ce qui signifie que, en tenant compte du portillonnage de signal utilisant la porte NAND 120, ils détectent directement la différence de phase entre le signal d'horloge de référence CKmF et le Nème bord d'horloge de la sortie d'horloge de VCO CKwo. L'utilisation de deux circuits de PFC distincts 111 et 121 et de deux pompes de charge séparées 113 et 123 permet des mécanismes de correction de phase mutuelle : (a) une régulation de phase primaire (V CONTROL ) à basse vitesse pour la boucle principale, par l'intermédiaire des circuits de PFC principal et de pompe de charge 111 et 113, et (b) une correction de phase d'avance (I,,IGN), par l'intermédiaire des circuits de PFC de réalignement 25 multiphase et de pompe de charge 121 et 123. En référence à la figure 13, dans un modèle synoptique équivalent pour le circuit de PLL multiphase réaligné de la figure 12, les signaux sont remplacés par leurs phases absolues pour illustrer l'impact de la 30 boucle de régulation de phase sur le bruit de phase de PLL final. Le noeud d'addition de phase 130 représente le circuit de PFC principal 111 et la pompe de charge principale associée 113 pour fournir un courant de sortie de pompe de charge basse fréquence Ic, qui dépend de la relation de phase ( (PREF - (I)DIV ) entre les horloges de sortie de VCO et de référence. Le filtre passe bas 115 est représenté par une résistance R1 et deux condensateurs Cl et C2, et fournit une correction d'avance de phase de 2è"e ordre qui a pour résultat la tension de commande VCONTROL• Une variante d'architecture de filtre qui utilise un intégrateur simple et un seul condensateur peut être utilisé à la place. Le circuit de VCO multiphase réaligné 117 et le circuit de PFC de réalignement associé 121 et la pompe de charge 123 sont représentés par les éléments de phase 131 à 134 dans le cadre en pointillés 137. Alors que le signal VCONTROL basse fréquence dans la boucle principale fournit la fréquence à long terme et la stabilité de phase au VCO (c'est-à- dire, surplusieurs cycles) ; les impulsions IALIGN provenant des composants de PFC de réalignement multiphase et de pompe de charge fournissent des changements de phase instantanés à la sortie de VCO dès que cela est nécessaire, comme cela est représenté par le noeud d'addition de phase 134. Dans la boucle principale, la phase de sortie de VCO (1)ä lorsqu'elle est divisée par le composant de division par N 119, représentée par le diviseur 139, génère la phase (I)DIV qui est utilisée pour une comparaison avec IREF dans le circuit de PFC principal. En utilisant ce modèle de phase, le bruit de phase de VCO sur la fréquence de modulation autour d'une porteuse peut être estimé par un simulateur utilisant un procédé d'état stable régulier. La figure 14 montre les résultats de cette estimation de bruit de phase pour le circuit de PLL des figures 12 et 13, où la densité de puissance spectrale de bande latérale unique par rapport à la puissance de signal de porteuse (en dBc/Hz) exprime le bruit de modulation de phase. Pour référence, la courbe presque linéaire 141 estime le bruit de modulation de phase intrinsèque du VCO multiphase réaligné de la présente invention, d'elle-même. La courbe 143 montre le bruit de phase estimé pour une PLL sans le réalignement de phase de la présente invention. La courbe 145 montre le bruit de phase estimé pour un circuit de PLL multiphase réaligné comme sur les figures 12 et 13, utilisant un filtre passe bas (Ri, Cl, C2), mais avec un très petit (0,1) facteur de réalignement R. Il est à noter que même avec ce petit 1, il existe une amélioration de 5 dB sur les circuits de PLL antérieurs. Pour un quelconque circuit de PLL de ce type, le facteur de réalignement peut être optimisé pour le bruit de phase le plus bas qui utilise ces simulations. La courbe 147 montre le bruit de phase estimé pour un circuit de PLL multiphase réaligné comme sur la figure 12 qui utilise un condensateur d'intégration simple C2 comme filtre passe bas. L'amélioration considérable du bruit montre qu'avec le VCO multiphase réaligné dans la boucle, il n'est plus nécessaire d'utiliser une correction de phase zéro (R1-Cl) dans ces circuits de PLL. Le condensateur d'intégration simple permet une meilleure performance sans dégrader les conditions de stabilité de la boucle dues au réalignement d'avance d'alimentation.

Claims (25)

REVENDICATIONS

1. Système oscillant à oscillation libre synchronisé en phase de façon externe à une oscillation de référence (CKmF) par des impulsions multiples, le système oscillant comprenant : une pluralité N d'étages individuels (11, 12, 13, 70, 71, 72, 73, 74, 75) couplés ensemble de manière à produire un signal d'oscillation à une fréquence cible, au moins une pluralité (11, 12, 13, 71, 72, 73, 74) des étages étant couplée pour recevoir en parallèle un ensemble d'impulsions de réalignement (IALIGN) effectives pour provoquer un déphasage du signal d'oscillation, les impulsions de réalignement étant appliquées sur des étages séparés par une distribution de phase égale ; dans lequel chacun des étages présente une réponse de sensibilité d'impulsion (ISF) régulière qui, dans un domaine de Fourier, présente une amplitude d'un coefficient CC qui est au moins deux fois celle d'un coefficient de e' harmonique, et dans lequel la pluralité d'étages (11, 12, 13, 71, 72, 73, 74), pour lesquels les impulsions de réalignement (IAIGN) sont appliquées en parallèle avec une distribution de phase égale, présente collectivement une réponse de sensibilité d'impulsion multiphase (MISF) qui, dans un domaine de Fourier, présente des ter à (N-1)er coefficients d'harmonique supprimés, et est par construction strictement d'un signe et sensiblement constante sur un intervalle de phase complet.

2. Système oscillant selon la revendication 1, dans 30 lequel la réponse de sensibilité d'impulsion multiphase (MISF) qui est, par construction, sensiblement constante,permet aux impulsions de réalignement (I,,IGN) d'être appliquées aux étages (11, 12, 13, 71, 72, 73, 74) à un quelconque instant quelle que soit la phase du signal oscillant.

3. Système oscillant selon la revendication 1, dans lequel la pluralité d'étages (11, 12, 13, 70, 71, 72, 73, 74) sont des circuits d'inversion électronique commandés en tension qui reçoivent un courant de polarisation (in, i01, io2, io3) destiné à établir un signal de tension oscillant (CKvco) à la fréquence cible, la pluralité d'impulsions de réalignement (ISF) appliquées étant des impulsions de courant proportionnelles au courant de polarisation (in, in, i02, io3) et proportionnelles à une différence de phase entre le signal de tension oscillant (CKwo) et une phase de référence (CKmF).

4. Circuit d'oscillateur commandé en tension (VCO) multiphase réaligné, comprenant : une pluralité de N étages d'inversion individuels (11, 12, 13, 70, 71, 72, 73, 74) couplés de manière à fournir un signal de tension d'oscillation (CKwo), les étages d'inversion étant couplés pour recevoir un courant de polarisation de VCO ( ioo- i01, io2, io3) qui établit une fréquence d'oscillation du signal de tension d'oscillation, au moins une pluralité d'étages d'inversion (11, 12, 13, 71, 72, 73) étant couplés en outre pour recevoir en parallèle des impulsions de courant de réalignement (I,IGN) destinées à provoquer un déphasage du signal de tension d'oscillation (CKwo), les impulsions de courant de réalignement (Im,IGN) étant proportionnelles au courant de polarisation de VCO (in, ici, io2, io3) et proportionnelles à une différence dephase entre le signal de tension d'oscillation (CKwo) et une phase de référence (CKmF), et les impulsions de courant de réalignement étant appliquées aux étages d'inversion séparés par une distribution de phase égale ; dans lequel chacun des étages d'inversion (11, 12, 13, 71, 72, 73) présente une réponse de sensibilité d'impulsion (ISF) régulière qui, dans un domaine de Fourier, présente une amplitude d'un coefficient CC qui est au moins deux fois celle d'un coefficient de Nème harmonique, et dans lequel la pluralité d'étages d'inversion (11, 12, 13, 71, 72, 73), pour lesquels les impulsions de courant de réalignement (IA,IGN) sont appliquées en parallèle avec la distribution de phase égale, présente collectivement une réponse de sensibilité d'impulsion multiphase (MISF) qui, dans un domaine de Fourier, présente des coefficients de 1' à (N-1) harmoniques supprimés, et est par construction strictement d'un signe et sensiblement constante sur un intervalle de phase complet.

5. Circuit de VCO selon la revendication 4, dans lequel les impulsions de courant de réalignement (IA,IGN) sont appliquées à chacun des N étages d'inversion (11, 12, 13, 71, 72, 73).

6. Circuit VCO selon la revendication 4, dans lequel les impulsions de courant de réalignement (I1u,IGN) sont applicables sur les étages d'inversion à un instant quelconque auquel une différence de phase est détectée entre le signal de tension d'oscillation (CKwo) et une phase de référence (CKmF), quelle que soit la phase du signal de tension d'oscillation.

7. Circuit de VCO selon la revendication 4, dans lequel les étages d'inversion (11, 12, 13, 71, 72, 73) génèrent une forme d'onde d'oscillation asymétrique avec des temps de montée et de descente différents.

8. Circuit de VCO selon la revendication 4, comprenant en outre un circuit de détection de fréquence de phase (PFC, 111, 121, 131) configuré pour comparer le signal de tension d'oscillation (CKwo) avec un signal d'horloge de référence (CKREF) et une pompe de charge (75, 113, 123) destinée à produire les impulsions de courant de réalignement (IALIGN) en réponse à la comparaison par le circuit de détection (PFC, 111, 121, 131), moyennant quoi le VCO forme un composant d'un circuit de boucle à phase asservie, la réponse de sensibilité d'impulsion multiphase (MISF) étant, par construction, sensiblement constante permettant aux impulsions de courant de réalignement (IALIGN) d'être constantes, quelle que soit le désalignement entre le signal de tension d'oscillation (CKwo) et l'horloge de référence (CKmF).

9. Circuit d'oscillateur commandé en tension (VCO) multiphase réaligné, comprenant : une pluralité d'étages d'inversion (11, 12, 13, 71, 72, 73) couplés ensemble en série dans une boucle, chacun de ces étages d'inversion dans la boucle fournissant un signal de tension d'oscillation (Vn+=, Vii V2, V3) à l'étage suivant dans la boucle avec un retard de phase relatif entre les étages qui s'ajuste automatiquement lui-même selon le nombre d'étages dans la boucle, chaque étage d'inversion (11, 12, 13, 71, 72, 73) dans la boucle réagissant à une entrée de tension de commande (VCONTROL) pour fournir un ajustement à long terme d'un retard detemps de propagation à travers chaque étage d'inversion dans la boucle et par conséquent ajustant la fréquence d'oscillation de la boucle à une fréquence cible le signal de tension d'oscillation provenant de chaque étage d'inversion dans la boucle présentant une forme d'onde asymétrique dans laquelle un temps de montée du signal de tension d'oscillation diffère d'un temps de descente du signal de tension d'oscillation ; et un étage de sortie (17) couplé à une sortie de l'un des 10 étages d'inversion, l'étage de sortie configuré pour fournir une sortie d'horloge de VCO (CKwo) ; dans lequel chacun des étages d'inversion (11, 12, 13, 71, 72, 73) dans la boucle est en outre couplé pour recevoir en parallèle une impulsion de courant de réalignement 15 (IPyIGN), ces étages d'inversion réagissant à ladite impulsion de courant de réalignement efficace pour déphaser immédiatement le signal de tension d'oscillation (Vä+1, V1, V21 V3) émis depuis chaque étage, avec une fonction de sensibilité d'impulsion multiphase (MISF), 20 représentant une réponse de réalignement de phase de la sortie d'horloge de VCO sur l'impulsion de courant de réalignement appliquée en parallèle sur la pluralité d'étage d'inversion dans la boucle, qui est à la fois strictement d'un signe et sensiblement constante de sorte 25 qu'un réalignement de phase global de la sortie d'horloge de VCO est obtenu après un réajustement de phase relatif entre les étages.

10. Circuit de VCO selon la revendication 9, dans lequel 30 chacun des étages d'inversion (11, 12, 13, 71, 72, 73) comprend un élément formant source de courant de chargement (51) et un élément formant source de courant de déchargement (54), couplés tous deux à une ligne desortie (68) de l'étage d'inversion avec une capacité de charge (CLOm), l'élément formant source de courant de chargement (51) polarisé par une commande de tension constante (V CONTROL ), l'élément formant source de courant de déchargement (54) polarisé par une entrée de tension d'oscillation (VN), dans lequel chacun des étages d'inversion est caractérisé par une forme d'onde d'oscillation à montée plus lente et à descente plus rapide.

11. Circuit de VCO selon la revendication 10, dans lequel les éléments formant source de courant de chargement et déchargement (51, 54) sont des transistors PMOS et NMOS respectifs (61, 63) couplés entre une ligne de tension d'alimentation de puissance (V5,,,) et une ligne de tension de référence de masse.

12. Circuit de VCO selon la revendication 11, dans lequel chacun des étages d'inversion (11, 12, 13, 71, 72, 73) comprend en outre un transistor MOS de cascode (52, 62) couplé entre le transistor PMOS (61) qui forme l'élément formant source de courant de chargement (51) et la ligne de sortie de l'étage d'inversion (68), et une ligne d'impulsion de courant de réalignement (IALIGN) couplée entre le transistor PMOS (61) et le transistor MOS de cascode (62).

13. Circuit de VCO selon la revendication 9, dans lequel un convertisseur de tension/courant {70) est couplé pour recevoir la tension de commande (VcQNNAND) et fournit un courant de polarisation réfléchi (io) proportionnel à ladite tension de commande pour chacun des étages d'inversion (11, 12, 13, 71, 72, 73) de manière à établirle retard de temps de propagation à travers chaque étage d'inversion.

14. Circuit de VCO selon la revendication 13, dans lequel un circuit auxiliaire de copie de courant de réalignement (74) est couplé pour recevoir l'impulsion de courant de réalignement (Im,IGN) et pour fournir des copies de celle-ci aux transistors de copie de courant (T11, T18, T25) dans chacun des étages d'inversion (71, 72, 73), de sorte que l'impulsion de courant de réalignement copié est superposée sur le courant de polarisation réfléchi (io).

15. Circuit de VCO selon la revendication 9, comprenant en outre : un circuit de détecteur de phase (PFC, 111, 121, 131) couplé pour recevoir et comparer un signal d'horloge de référence stable (CKREF) et la sortie d'horloge de VCO (CKwo), le circuit de détecteur de phase fournissant des signaux de commande montants/descendants (UP, DOWN) qui dépendent de si la sortie d'horloge de VCO (CKwo) suit ou précède le signal d'horloge de référence (CKmF) ; et un circuit de pompe de charge (75, 113, 123) couplé pour recevoir les signaux de commande montants/descendants provenant du circuit de détecteur de phase et opérationnel pour produire l'impulsion de courant de réalignement (IALIGN)•

16. Circuit de VCO selon la revendication 15, dans lequel l'impulsion de courant de réalignement (IALIGN) présente une amplitude crête proportionnelle à la tension de commande (V CONTROL), présente un signe positif ou négatif qui dépend de si la sortie d'horloge de VCO (CKwo) suit ou précède le signal d'horloge de référence (CKREF), etprésente une largeur d'impulsion correspondant à la différence de phase relative entre le signal d'horloge de référence (CKmF) et la sortie d'horloge de VCO (CKwo), moyennant quoi un facteur de réalignement (g3) sensiblement constant est obtenu pour chaque impulsion de courant de réalignement.

17. Circuit de VCO selon la revendication 9, comprenant en outre : un circuit de division par N (119) couplé pour recevoir la sortie d'horloge de VCO (CKwo) et pour agir sur les bords d'horloge de VCO pour générer un signal d'horloge divisé (CKDIV) de 1/Nème fréquence par rapport à la sortie d'horloge de VCO ; un circuit de détection de fréquence de phase principale (111) configuré pour comparer une fréquence moyenne du signal d'horloge divisé (CKDIV) avec celle d'une horloge de référence stable (CKmF) sur une pluralité de cycles d'horloge et pour générer des signaux de commande montants/descendants (UP, DOWN) à long terme en résultat de cette comparaison ; et une pompe de charge principale (113) et un filtre passe-bas (115) configurés pour produire l'entrée de tension de commande (V CONTROL) vers le circuit de VCO (117) en réponse aux signaux de commande montants/descendants à long terme, moyennant quoi le circuit de VCO forme un composant d'un circuit de boucle à phase asservie.

18. Circuit de VCO formé comme un composant de circuit de 30 boucle à phase asservie selon la revendication 17, comprenant en outre : un deuxième circuit de détection de fréquence de phase (121) comparant la phase relative du signal d'horlogedivisé (CKDIV) avec celle de l'horloge de référence stable (CKmF) pour générer des signaux de commande montants/descendants (UP, DOWN) de réalignement de phase en résultat d'une telle comparaison ; et une pompe de charge de réalignement (123) produisant des impulsions de courant de réalignement (ImIGN) en réponse aux signaux de commande montants/descendants de réalignement, les impulsions de courant de réalignement étant applicables à la pluralité d'étages d'inversion (11, 12, 13, 71, 72, 73) à un instant quelconque, quel que soit le désalignement entre le signal d'horloge divisé et l'horloge de référence stable.

19. Procédé de réalignement d'une phase d'une sortie d'horloge fournie par un oscillateur commandé en tension du type comprenant une pluralité d'étages d'inversion (11, 12, 13, 71, 72, 73) couplés ensemble en série dans une boucle, le procédé de réalignement de phase comprenant les étapes consistant à : prévoir que chacun des étages d'inversion dans la boucle produit un signal de tension d'oscillation (Vn+l, V1, V2, V3) avec une forme d'onde asymétrique dans laquelle les temps de montée et de descente du signal de tension d'oscillation diffèrent ; et appliquer une impulsion de courant de réalignement (IALICN) en parallèle à chacun des étages d'inversion dans la boucle, l'impulsion de courant de réalignement effective pour déphaser immédiatement le signal de tension d'oscillation (Vn+l, V1, V2, V3) produit à partir de chaque étage, dans lequel une fonction de sensibilité d'impulsion multiphase (MISF) qui représente une réponse de réalignement de phase à l'impulsion de courant de réalignement de la sortie d'horloge fournie parl'oscillateur commandé en tension est à la fois strictement d'un signe et sensiblement constante pour toutes les phases de la sortie d'horloge.

20. Procédé selon la revendication 19, dans lequel les impulsions de réalignement sont appliquées aux étages d'inversion si nécessaire à un instant quelconque quelle que soit la phase du signal de tension d'oscillation.

21. Procédé selon la revendication 19, dans lequel la caractéristique de forme d'onde asymétrique de chaque étage d'inversion prévu dans la boucle est une forme d'onde d'oscillation à montée plus lente et à descente plus rapide générée en fournissant un courant de chargement (=CHARGE) sensiblement constant à une ligne de sortie capacitive (68) de l'étage d'inversion et un courant de déchargement (IDIscHARGE) provenant de la ligne de sortie (68) qui dépend d'une entrée de tension d'oscillation (VH) provenant d'un étage d'inversion précédent de la boucle.

22. Procédé selon la revendication 21, dans lequel l'impulsion de courant de réalignement est appliquée comme un courant de chargement supplémentaire à la ligne de sortie de chaque étage.

23. Procédé selon la revendication 19, comprenant en outre les étapes consistant à : contrôler la sortie d'horloge (CKwo) fournie par 30 l'oscillateur à commande de tension et comparer la sortie d'horloge à un signal d'horloge de référence (CKREF,) ; etgénérer l'impulsion de courant de réalignement (IALIGN) avec un signe dépendant de si la sortie d'horloge suit ou précède le signal d'horloge de référence (CKmF).

24. Procédé selon la revendication 23, dans lequel l'impulsion de courant de réalignement est générée avec une largeur d'impulsion qui correspond à une différence de phase relative entre la sortie d'horloge (CKvco) provenant de l'oscillateur commandé en tension et le signal d'horloge de référence (CKREF).

25. Procédé selon la revendication 23, dans lequel les impulsions de courant de réalignement générées sont appliquées aux étages d'inversion si nécessaire, quel que soit le désalignement quelconque entre la sortie d'horloge (CKwo) et le signal d'horloge de référence (CKREF)