TW445720B - Apparatus for and method of detecting a delay fault in a phase-locked loop circuit - Google Patents

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445720 A7 B7 五、發明說明ο ) 發明背景 1·發明範圍 ： 本發明關於一裝置及一方法用以鎖相迴路電路之延遲 錯誤，特別關於延遲錯誤偵測裝置及延遲錯誤偵測之方法 ，適於偵測由VLSI (超大型積體電路）晶片上形成之 鎖相迴路（此後稱P L L ) » ， 2.相關g藝說明 二同步系統以彼此分享時鐘邊緣之時序而執行合作作 業。當分享邊緣之時序被高準確度控制時，同步系統可以 較高頻率#業。圖1顯示同步系統之一例。此系統之構型 可使許多（此例中爲二）VLS I晶片1 1及1 2置於單 ―板上（未示出）。一參考時鐘办自一備於板上之高準確 振邀器_3 (如晶體基準:時鐘產生器）_供應至每一 Ί S I晶片1 :1友1 2二在圖2所示之在此等V L· S Γ 板上之P L L電路1 4及1 5中，由晶片上時鐘產生器之 時鐘0 11，好12及0 21，好22，與外部供應之參_考時鐘 、同步，及分別分配至子系統1 6及1 7 » (例如，參考 文件d 1 〇 ) 如上所述，以一內部時鐘之邊緣與參考時鐘之邊緣同 .. * - . - ·. · · · 步，在不同晶片間可自由發出及接收資料。將電壓控制振 .· - · • · · . - · - 盪器（V C 0 )之振盪波形之頻率及相位，與外部參考時 .... - - 鐘0之頻率及相.位校正，' P L L電路i 4及1 5 :扮演一角 色 > 即可將時鐘變形降至:最低並保證系統之高速作業、Λ 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS>A4規格（210 X 297公釐)一4 · 閱 讀 背 面 之 注

者 經濟部智慧財產局員工消费合作社印東 445720 A7 B7 經 濟 部 智 慧 財 產 局 Λ 工 消 费 合 作 社 印 製 五、發明說明f ) 如眾所商知，在一微電腦中，時鐘信號之最壞情況瞬 • . .時値（峰至峰跳動）決定微電腦作業頻率》因此，在微電 腦中以測試方式偵出如延遲錯誤極爲必要，因該錯誤本身 爲時鐘瞬間變形。 其次，在P L L電路中之延遲錯誤對系統之影響將予 討論。圖3顯示PLL電路之一例。P L L電路包含相位 至頻率偵測器2 1 ·充電幫浦電路2 2，迴路濾波器2 3 ，VC〇_2 4及一時鐘解碼及緩衝電路2 5 ·假定一延遲 錯誤i? F 1出現在相位頻率偵測器2Λ之參考時鐘輸入。 如圖4所示，一參考時鐘0REF (由實線顯示）供應至P L L電路之相位至頻率偵測器2 1之參考時鐘輸入，變成 一變形時鐘0 (由虛線表示），其已因爲延遲錯誤 D F 1.出現在參考時鐘輸入上而延遲一固定時間，並被饋 至次級之充電幫浦電路2 2-。在P L L電路中一內部時鐘 · • . ' ' · ' . -·. ....... 1之邊緣(由實線顯:示：Γ與虛線時鐘边之邊緣同步，其· 已.延遲一Θ定時間，結果，發生一時鐘變彤以響應延遲錯 誤D F 1。此外，在參考時鐘輸入產生之偏移之時鐘變形 … . .. ，在P L L電路中未獲補償，並繼續保持一固定値。結果 出現一大而穩卑狀態之偏移》 - · · 由於此延遲錯誤D F 1並非P L L電路內部段.（內部 " 駔件)之錯誤.，P L L獲得同步狀態。準此，以測試 十. P L L電路之內部段在參考時鐘之延遲錯誤，非常困難。 .. · 但，此型延遲錯誤可輕易將外部參考時鐘办R E F與哼部時 ·· . . . ' 鐘好1加以比較而予以偵出：。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐)^ ------I------ 裝--------訂i——ίί !線 (. . ,」 {請先閱讀背面之注意事項寫本頁) 445720 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明e ) 其次如圖5所示•假定延遲錯.誤D F 2出現在充電幫 浦電路2 2之U p信號輸入。由於此延遲錯誤D F 2，在 充電幫浦電路2 2中之時序，用以將自相位至頻率偵測器 2 1輸出之ϋ p信號轉換爲一類比信.號至輸出，轉換之類 比信號已經延遲。此外，類比信號之延遲帶來VC024 之一振盪之時序延遲。在次一步驟中，相位至頻率偵測器 2 1將參考#鐘0REP之邊緣與內部時鐘之邊緣加以比 較，並利Ρ相位誤差信號控制.V C .p 2 4之振盪頻率之時 序，該誤差信號之高度與此二時鐘信號之升起邊緣間之時+. 間成比例。回輸控制繼續直到二時鐘信號之升起邊緣已對 齊。因此，此延遲錯誤D F 2與狀態轉變同時出現，並由 回輸加以補償。因此，延遲時間在狀態轉變後立即變爲最 大1因此 >.如圖6所、示，——時鐘變形在狀態轉變後立即變 • - ' · ... 爲最大，並.在：多_個連繪週期中降低至零，因爲，P L L電 • - · · .. 路爲一Ρ輸系統姐上所示/因此.，:發生一轉變_形*申於·+ 時序周圍之變形已受到限制，故很難以測試方式偵出轉變 …·· · . . · 變形。： 如上所討論，當延遲錯誤D F .1出現在相位頻率偵側 器2 1之參考時鐘輸入時，則發生具有掘定時間之時鐘變 形，此時鐘變形未由fL L電路補償》另一方面，當一延· 遲錯誤D F 2出現在充電幫浦電路2 2之U p信號輸入時 ，一大轉變時鐘變形與狀態有關而.出現v如圖7所示。由 . · . · · . · 延遲錯誤D F 2引起之轉變時鐘變形由？1^1^電路補償， 而接近零。應注意，在P L L電路之其餘各段（在迴路濾 ... · . 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱> --------------- ----------I.---線. (請先閲讀背面之注意事項^^寫本頁) 4 4 5720 A7 __· _L B7 經濟部智慧財產局爵工消费合作社印製 五、杳明說明.） 波器2 3·之輸入末端及V C 02 4之輸入端）中之所有延 遲錯誤’可在充電補償電路2 2之輸入端轉變爲延遲錯誤 一種固守錯誤·測試（參考文件d2 )傳統上被廣泛用 於V L S Ί晶片之驗證測試及製造測試中、首先，將簡短 說明固守錯誤測試· · ， 一錯誤模型爲一模型，其中一物理故障爲抽象的。當 利用故障模型時，電路作業出現故障時，可利用電腦予以 * — 模擬：。·例如，一種情況下，X Μ 0 S ;(互補金氧半導體） 轉換器之一輸出繼續保持一邏輯値*1 *，可被解釋爲其中 存在轉換器之輸出中有一固守一故障。作爲此型式故障之 原因，可認爲在轉換器之輸出與V D D之間有一短路故障 ，或實際之開路故障使η Μ 0 S ‘（ η頻道„金屬氧化物半導 ·. - 體.)之汲:極斷裂ι :+ . · ’ ' \ -r . . - " . ' 在_試中，一測試模式加在_試下電％之主要輸入，· 及一在測試下電路之主要輸出出現之電路之響應模式，加 以觀察。將響應模式與無故障作業中之所望値模式加以比 較，可檢査出電路是否故障》圖8顯示一無固守故障之N A ND閘ND 1之組合電路，及具有固寺◦故障（s - a - . _ 0 )之 N A N D 閘 N.D 2 » N A N D 閘 n D 1 及 N D 2 之輪出經由一 0R閘OR 1摘取作爲主要輸出。 _ .· · . · ·· 一 . _ · · 可在組合電路如圖8所示中偵湔固守0故障之測試漠 . ：： .- · 式，爲^ 1 0/。.如圖8所宇，此測試模式'1:1 0'，加至. 組合電路之主要輸入：當測試模式10 ΊΙΠ至組合電路 . . · . .. --------------v 裝--- <請先Μ讀背面之注意事項一^寫本頁) 訂· -線 α. 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） A7 B7 五、發明說明<?) (請先《讀背面之注意事項抨填寫本頁) 之主要輸入時，如其爲無故障，組合電路之主要輸出變爲* 另一方面，如組合電路有故障，其主要輸出爲 因此，將測試模式"1 1 0 β加至組合電路，可辨出在測.試 下或未測試下之組合電路中是否有故障。此外，當注意觀 察測試模式之値時，可看出此測試模式之產生，俾在固守 〇故障位置其採取一互補邏輯値βι β。 ， 處理科技之迅速發展將積體電路（I C )推進亞微米 境界’俾禅延遲（由信號在信號線上傳播時之信號線造成 )較閘延遲（由信號經由閘元件·傳瘙每乏閘元件產生）更 爲嚴重。結果，延遲故障測試開始用於供微處理器之測試 (例如，參閱參考符號d3) »其次，將解釋傳統延遲故 障測試方法（參閱文件d 4 )。 已有二種故障模式建議用於延遲故障之用，其中之一 -辱聞延遲故障•另:一爲路涇延遲故障，如經由電路中之一 "： ·^ . . ·.···— ... ·，'..、 :鬧傳播之信.號之時間超過特定最壞傳播延遲値時，此電路— 存在閘延-故障。周理]，如沿一信號路徑之信號傳播之時 間超過特定最壞傳播延遲値時，該電路即存在一路徑延遲 故障。 ^ 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工·: 消 费 合 作 社 印 製 延遲故障測試需要二種模式測試》圖9顯示延遲故障 之一例。測試下說明之電路爲一組合電路，其包含第一， 第二及第三三個N A N t)閘N D 1，N D 2及N D 3，其 構型可使第一及第二N A N D聞N D 1及N D 2之輸出饋 入第三N A N D閘N D 3。首先，加入一開始模式V 1， 利用一慢„時鐘加至測試下電路之主要輸入。此例中之開始 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格(210*297公«> ~ ^ A7 44 57 2 0 _;__B7 _____ 五、發明說明（6 ) 模式v 1爲1 1 1 1 #。利用慢時鐘之理由爲延遲故障不 影響狀態轉變，如循環時間夠長而可使所有在電路中之轉 變可以解決。在測試下電路進入原始狀態後，一測試模式 V 2，利用一快時鐘加至測試下電路之主要輸入。此例、中 之測試模式又2爲'0 1 0 1"。因此，如圖9所示，第一 N A N D閘N D 1 (測試模式V 2之'*0 "加至輸入前緣） 之二輸入前緣之上前緣，第二NAND閘ND2(測試模 式V 2之；;0 w加至.輸入前緣）之二輸入之上前緣，及自第 —及箄二NAND閘ND 1及ND 2之輸出至第三NAN D閘ND 3輸入之信號線，均被啓動。’與測試模式V 2對 應之脈波經由此前緣及信號線傳播。結果，出現在測試下 (第三NAND閘ND 3之輸出）電路主輸出之每一脈波 ，與傳播延達時間對應。此輸出之最後値由輸出鎖存器鎖 .· .. .... 存’其i —快時鐘所觸發。鎖存之値甩以決定延遲錯誤是 ^ .. . - .· - _ · -· - 杏存在於測試下之電路.。通常/利用一快時鐘作爲系統時1 ..... ·；·. - - :鐘-圖1、0顯示上述之延琿錯誤測試之觀念。輸入.鎖存器 3 1及輸出鎖存器3 2分別連接至測試下電路之前級與後 級（組合電路、3」0 〇 :產生延遲錯誤測試之測試模式非常困難。理由爲，爲 了獨立偵測延遲時間之目標延遲錯誤，及電路中所有之其 他延遲錯誤，以下條仵必須滿足。即測試下啓動線路傳播 之髂徑上輸入脈波β及"經由參與測試下電路之'輸入線路之 路徑外傳播之敏化輸久脈波必須無假信號（例如，參考文 件d 5 ) »爲此理由，傳統延遲錯誤測試方法僅能產生少 . .一 : ' 紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格<210 X 297公釐> V - _ ： 一 -------------7Λ 裝--- (請先閱讀背面之注意寧項f资窝本頁)

.V 線 經濟部智慧財產局貝工消f合作社印製 445720 A7 B7 五、發明說明（7 ) 數信號線之測試模式，因此僅能偵測出現電路中之少數延 遲錯誤· - -------pi--J 裝 i — {請先閱讀背面之注意事項f寫本頁) 在V L SI電路之尺寸及複雜性日益增加之際，在一 晶片中將所有時鐘邊緣與參考時鐘邊緣對齊，及以最小變 形分配時鐘信號已變爲更困難。爲此，引進數學上所謂Η -樹構型於時鐘分配網路（分配時鐘信號之接線）之布局 設計中。圖1 1顯示之曲線Η —樹爲賀伯曲線（例如，參 考符號d_6 )。因此，在Η —樹中，所有連接至葉形節點 之各單元自時鐘驅動器均爲等距灕，诗鐘變形理論上爲零 。此外，賀伯曲線爲自相似及能構造一電腦結構（三維接 線布局）（參考文件d 7 )。此外，賀伯曲線可利用遞歸 算法產生。利甩賀伯曲線於三維時鐘分配網路爲一有趣之 硏究範圍。 ：' 由於V L S I電路之操作速度或逮率日益增加，時鐘 ... ....r . · :分配無泛.速度下測試.日益重要。.但，傳紙延遲錯誤測試' Ό· 方法不適於作有敗之時鐘分崩網路測試。 · .· — _ 經濟部智慧財產局貝工消費合作社印製 利用侓統延遲錯誤測試方法以測試如圖1 2中顯示之 PLL電路4、中之延遲錯誤甚爲困難，理由如下。第一 (i 當鎖存器已插入P L L電路4 0中|在P L L電路 4 0之內部時鐘中受到一額外變形。結果，性能損失無可 ... . 避觅，因而降低目.標作業速度。其次，（i i )爲了鎖存 ^ ...... ' . . - * P L L軍路之內，部時鐘V較高速度時鐘非常必要。即因而 .. ·， 引起自我矛盾； 私紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 445720 A7 __ B7 _____ 五、發明說明<?) 本發明槪述 本發明之一目的爲提供一裝置及一方法，利用一分析 信號之瞬時相位之斜率，用以偵測P L L電路中之延遲錯 誤。 爲完成上述目的，在本發明一特性中備有一方法，用 以偵測鎖相迴路電路中之延遲錯誤，其包含下列步驟：施 加一頻率脈衝至鎖相迴路電路，以造成鎖相迴路電路之狀 態轉變；自鎖相迴路電胳輸出之信號估計信號之瞬時相位 ;及測量瞬時相位之波動情況，測量谶相迴路電路以某一 頻率振盪之期間。 在較佳實施例中，上述估計瞬時相位之步驟包括：自 鎖相迴路電路之輸出信號之波形轉換爲分析信號；及估計. 分析信號之瞬時相位|上述之測量時期之步驟包括：將鎖 .. 相迴路電路在某一頻率振盪之期間，與蕪錯誤鎖相迴略電 路，其無延遲朔囊並以某二頻率振盪之期間加以比較，以' ... - 偵測延遲錯誤。 此外，上述之時間期間之測量爲估計瞬時相位之斜率 之改變部份之一方法。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項文寫本I ) 在本發明另一特性中，備有一裝置用以偵測鎖相迴路 電路中之延遲錯誤，其包含：頻率脈衝施加裝置，用以施 加一頻率脈衝至測試下鎗相迴路電路作爲參考時鐘信號： • · , 轉換裝置用以轉換自測試下鎖相迴路電路輸出之信號波形 . ^ ，爲一分析信號：估計裝置用以估計分析信號之瞬時相位 :及延遲時間估計裝置用以自估計乏瞬時相位之波動，以 ..... . . . •, ·· - ...

氏張尺度適用中固國家標準（CNS)A4規格(210 * 297 S釐) _ I 44 57 20 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ; · _ ..一 五、發明說明（9 ) 測量延遲時間。. 在一較佳實施例中，上述之轉換裝置爲賀伯對產生器 ，此外，備有一裝置用以自估計之瞬時相位，估計線性相 位，及自估計之瞬時相位除去估計之線性相位，以獲得瞬 時相位之波動狀況。 . · · 此外，上述之延遲時間測量裝置可爲一偵測延遲錯誤 之裝置，其將鎖相迴路電路以某一頻率振盪之期間，與無 錯誤鎖相-路電路以某一頻率振盪之期間加以比較，以偵 測一延遲錯誤。 或者，上述之延遲時間測童裝置可爲一自該瞬時相位 之斜率改變部份估計時間之裝置。 本發明另外一特性中，備有一方法用以偵測鎖相迴路 電路中.之延遲錯誤，其包含下列步驟：施加一頻率脈衝至 .I . ' ' · 1 . 鎖相迴.路'電路，以使鎖相迴路電路之狀態轉變；.自鎖相迴 , ' ' •一 . - -·· " ··-·... . · ' ..... 路電路之輸出^信號，估計信號之瞬時期間-：及自瞬:時期間' , ' 警 測量鎖相迴路電路與某頻率振盪之期間。 在較佳實施例中，上述之測量時間期間步驟爲測量自 一時間點，其間輸入頻率脈衝返回其原始狀態，直到一時 間點、其中自鎖相迴路電路之輸出信號之瞬時期間突然改 變之步驟。. 在本發明另一.特性中，備有一裝置用以值測鎖相迴路 . .. . 電路之延遲錯誤*其包含；頻率脈衝施加裝置，以施加一 - · · · ··._. . . J 頻率脈衝至測試下鎖相迴路電路作爲參考時鐘信號：估計 1 , 裝置用以估計鎖祖迴路..電路輸出之信號之瞬時期間；及延 ——一---1·-------裝—— ί請先Μ讀背面之沒意事項r填窩本頁) 訂. --線 〇 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 445720 A7 B7 經濟部智慧財產眉.員工_消费合作社印製 五、發明說明（1Q )、 遲時間測量裝置用以自估計之瞬時期間測量時間期間。 在一較佳實施例中，上述之延遲時間測量裝置爲一裝 置，用以測量自一時間點，該點時，.輸入頻率脈衝返回其 原始狀態，直到一時間點，該點時，.自鎖相迴路電路之輸 出信號之瞬時期間突然改變爲止之時間期間。 以上本發明之务目的，結構，構型及效益將可自以下 較隹實施例之說明，配合伴隨之圖說而更爲明顯。 • -· 圖式筒略說明 ' 圖1爲一方塊圖顯示同步系統之一例，利用P L L電 路以將時鐘變形減Μ最小； 圖2爲時鐘脈波之波形，解釋圖1系統操作； 適3爲一方塊圖顯示相位頻率偵測器中有延遲錯誤之 ·- · . .· .... :P L L電路〜 ·; ：' · •圖:4 .顯示時鐘脈波乏波形，以解釋Ί1Ι 3「中P L L電路- 、. ·. · ‘.· 賢. 之操诈:… ·. .· . · .- - · 圖5爲一方塊圖，顯示在充電幫浦電路中有延遲錯誤 之P L· L·電路‘; 圖6爲時鐘脈波之波形圖，說明圖5中P L L電路之.操作V :^ - -- ，.+·- * 圖7爲在P L L·電路中之相位頻率偵測器之狀態圖； * . _ · ^ 圖8爲一電路圖顯示組合電路之一例，其中存在一固 守錯誤：： : · • . .... - .. 圖9爲一電路圖顯示組合電路_之一例，其中存在一延 -----------------^ 裝 i — f 一 (請先閱讀背面之注意事項f寫本I) 訂· -線 α· 表紙張尺度適用中0國家標準（CNSXA4規格（210 X 297公笼) ~ 13 4 4 57 2 0 A7 B7 五、發明說明（11 ) 遲錯誤； _ 請 先 朋 讀 背 面 之 注 意 事 項 ί 寫 本 頁 圖1 0顯示一·觀念，以說明傳統延遲錯誤測試方法之 —•例： 圖11爲一圖形顯示賀伯曲線之一例； 圖1 .2鳥一方塊圖顯示‘傳統延遲錯誤測試方法之觀念 ，用以加在P L L電路上'： ' 圖1 ^^圖形顯示一類比降頻信號加至P L L電路 之V C 0 位雜音波形△好（t )之對應改變； _ 1 圖形顯示升頻信號加至P L L電路之 . · VCO，及相位噪音波形Δ0 ( t )之對應改變； 圖1 各波形以說明以測試下之P L L電路之相 tepr . 位波動波(t)，與無錯誤PL L電路之相位波動 彼形0 (¾加以比較，以偵:出延遲錯誤之方法；· . 圖.1 6爲一波形圖，顯示頻率脈衝信號及頻率脈衛之 ·· - · · • · 1 _ , 二辄，P L .L電路即由該脈衝使多孰行狀態轉變；· '/ -· · _ ' 一 ， . . . ，'圖1 7爲一方塊圖顯示本發明延遲錯誤偵測裝置之第 一實施例；. 圖1 8爲一特性圖顯示Μ 0 S F E T之參數； 經濟部嘴慧財產局具工消t合作社印製 圖1 9爲一方塊圖顯示包含0 · 6um 5 - V C Μ 〇 S技術之P L L電路；· ' 圖2 0 ( a )顯未圖19中之1>乂1：電路輸入至 - .... - • * · V C 0之輸入波形； ' _ / · 圖2 0 ( b )爲一波形圖顯示圖1 9中p L L電路之 . r ... · .. —內部時鐘；： : 私紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規绛<210 X 297公釐） 4 4 57 2 0 B7 五、發明說明（12 ) 圖2 1 (a )爲一波形圖顯示一測量結果•該結果得 自圖1 9中PLL電路之VCO之振盪波形之瞬時期間之 測量，其方法係利用本發明之零交叉方法： 圖2 1 ( b )爲一圖形顯示由本發明之方法估計之.相 位波動波形△办（t ) ; ，. 圖2 2爲一方塊圖顯示具有延遲錯誤之P L L電路之 —例，·其無法由本發明之方法所測試； 圖23 (a).顯示一輸入至圖22之PLL電路之 V C ◦之輸入波形；_ “ 圖23 (b)爲一波彤圖顯示圖22中之PLL電路 之內部脈衝； 圖2 4 ( a )爲一波形圖顯示一測量結果，該結果係 得自測量圖2 2中之P L L電路之V C 0之振盪波形之瞬 .時期間而得.，其方法爲本發.之零交叉方法；' ..·· · ·· 圖2 4:($.)爲一圖形'顯萊:由本發明之方法估計之相' _ , ..... ^ 位波動波形△: ( t ); -... ...- 圖2 5爲一方塊圖顯示一具有延遲錯誤之P L.L電路 之一例，其可1由本發明之方法加以測出： 圖2 6 ( a )顯示® 2 5之P L L電路之V C 0-輸 入波形： .: 圖2 6 ( b )爲一波形圖顯示圖2 5之P L L電路之 . ·. _ < ·- ., -內部時鐘； 圖2 7 ( a )爲一波形圖顧未一測量結果，其係得自 • - ·- 測量圖2 5中之P L L:^路之V C Q之振盪波形之瞬時期 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ilIttllllln — * I I <請先閱讀背面之注意事項寫本頁) ί I--訂 ill----線 α· 經.濟部智慧財產局員工消费合作社印製 4 4 572.0 A7 B7 經濟部智慧財產局員工济费合作社咿製 五、發明說明(13 ) » 間而得，其方法爲利用本發明之零交叉方法： 圖27(b)爲一圖形顯示由本發明之方法估計之相 位波動波形△0 ( t ); 圖28爲一方塊圖顯示具有延遲錯誤之PLL電路之 另一例'，其可由本發明之方法加以測試； 圖2 9 ( a )顯示輸入至圖2 8中之PL. L電路之 V CO之輸入波形； 圖2 9 (b)爲一波形圖顯示圖28之PLL電路之 內部啤鐘； '-* .圖3 0( a )爲一波形圖顯示一測量之結果，得自測 量圖2 8之P L L電路之VCO振盪波形之瞬時期間，係 利用本發明之零交叉方法； 鼠3 CK( b )捧一圖形顯示本發明方法所估計之相位 據動’波形丨（f ί ; :.圖3 1爲一圖形顧示圖2 '5中之P L L電路利用本發; . -- - 明之方法之測試而得之實驗結果： _ - .... -' 圖3 2爲一圖形顯示利用本發明之方法測試P L L電 路之實驗結果、 圖3 3爲一方塊圖，顯示本發明延遲錯誤偵測裝置之 .* ·. 第二個實施例；、. - ;· ... .. - · '圖34顯示一理想時鐘信號之波形圖；： . :圖.3 5Λ( a)爲一時鐘信號之波形圖：及. 圖3 5 ( b )顯示得自_ 3 5 ( a )中所示之時鐘信號 . . ·. , ，由賀伯轉換而獲得之波形:: 請 先 閱 讀 背 面 -之 注

項SO!I裝 頁 I I訂 0 良紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21D X 297公釐） 44 57 2 0 五、發明說明（14 ) 主要元件對照 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 1 2 13 14 15 16 1 7 2 1 2 2 2 3 2 5 3 0 3 1 3 2 4 0 5 1 5 2 5 3 5 4 5 5 5 6 6 1 晶體基時鐘產生器 P L L電路 P L L電路 邏輯 邏輯 ' 相位頻率偵測器 充電幫浦 迴路濾波器 時鐘解碼及緩衝器 银合電路 輸入鎖伊器^-輸出鎖存器 P L L電路 頻率脈衝產生器 測試下PLL 賀伯對產生器 瞬時相位估計器 趨勢移除 延遲時間發現器： 零交叉時期偵測器 私紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） • U - A7 B7 44 5720 五、發明說明（15 ) 6 2 瞬時時期偵測器 63 延遲時期偵測器 * 較佳實例之詳細說明 本發明現在將參考圖1 3 - 3 3加以詳述，其中顯示 本發明之較佳實施例。本發明可倂入許多不同型式中，及 /或方式，不應解釋爲對揭示之實施例之限制；反之，所 提供之實施例可使此一揭示徹底而完全，並能充份傳達本 發明之範圍給精於此技藝人士/相同'號碼或字母代表全圖 中之相似元件或部份。 在說明本發明之較佳實施例之前，本發明之延遲錯誤 偵測方法之原理將予以討論。在此揭示中之延遲錯誤不包 洁：，圖3所示之相位頻率偵測器2 1之參考時鐘輸入端出 規之延遲錯誤D F T:。· : v : .. ..· - “· ' . . ·-" , 二1 如上所述，..在P’ L L電路中之相位頻率偵測器將參考 時:鐘之相位.與内部時锺之相位加以比較。相位頻率偵測器 S : . _ 、 之輸出驅動一充電幫浦電路。一迴路濾波器將充電幫浦電 路之輸出中之紋波除去，並將此直.流信號饋送至一V C 0 經濟部智慧財產局貝1消费合作社印製 。簡言之，相位頻奉偵測器輸出相位差信號至V C 0之輸 入，.以使其摔制該振盪。因此，V C 0改變其振盪頻率以 追蹤參考時鐘之頻率。之後，其以等於參考時鐘之頻率振 . · · · '· 盪，其相位亦#於該參考時鐘之相位。二瞬時頻率A f可 ·. ，， . 撤分內部時鐘之瞬時相位声（t )或V C_0輸出對時間而 -· ··· * .· . . · · -得。 - . K紙張尺度適用t國國家標準（CNS>A4規格（210 *297公釐） ~ |0* d^572〇 ,A7 B7 五、發明說明（1ό Μ (4.1.2) f = f0 + Μ 當Af爲常數，自方程式（4.1.1)可見，一瞬 時相位展現一恆定斜率：其在t之値爲t之線性函數β (4.2) 圖1 3 ( a〉顯示一類比信號加至V C 0，圖1 3 ( b)顯示VCO輸出之相位偏移△jzf(t)。例如，當 • V C 0之振塗頻率自高頻率f Η改變爲低頻率f L時，瞬 V ---- - . . · 時相位展現一負終率如圖1. 3 ( b)之箭頭所呆。當圖 • - ； - - . 3 ( a )之類比信號之降頻信號加至V C_◦時，相位偏^ 移波形Δ 0 ( ..t )之對應改變如圖1 3 ( b )所示.。此處 ' . -. 經 濟 部. 智 慧 財 產 局 負 工 消 费 合 作 社 印 製 吾人假定，P L L電路有一固定靜態頻率誤差△ r β (例如 參考符號d <)。即，相位波動波形△ 0 ( t )根據降頻 信號之負向傾斜迅速改變，在低頻率f 狀態轉變後，與靜 態頻率誤差△ V*之傾斜成正'比改變》如靜態頻率誤差 △ I *爲零，相位波動波形△ J ( t )與時間軸平行。反之 、當V C 0之Μ盪頻率自低頻率f L改變爲高蘋率f Η時， . * ' 瞬時相位展現一正斜率，如圖JL 4 ( b )之箭頭所示。圖 1 4 ( a )顯示加至V C 0之類比信號。/_ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格<210 * 297公釐） 445720 A7 B7 五、發明說明（17 ) - 圖1 5顯示各波形說明自一時鐘波形X、（ t )之相位 波動波形△ 0 ( t’）估計延遲時間方法之觀念。圖1 5 ( a )顯示無延遲錯誤（此後稱無延遲錯誤P L L電路）之 P L L電路相位波動波形( t )。圖1 5 ( b )顯示 一具有至少一延遲錯誤（以後稱爲延遲錯誤P LL電路） 之P L L電路之相位波動波形△ 0 ( t )。注意，吾人假 定一延遲錯誤出現在—點，.而非向位頻率偵測器之參考時. 鐘輸入。押V C 0之瞬時頻率以在時間點t i，自頻率 f 〇狀·態轉變至頻率f 1，瞬時相位之斜率顯示一改變由以 下方程式表之（4.3·1) ^ ------------V 裝.--- ! ... {請先閲讀背面之注$項1寫本頁) 歷 dt 2π(Δ£1), ^ < t < t- (4.3.1) .在此情況下△ f i等於△ f. £或0。同理，如V C 0之 ·- ... . '1 .. ， " . ；.- .，〜 ； 瞬時頻:率έ在時間點12〃完成頻率厂丨至蠡率:£2之狀態'' 轉變，瞬時相位可由::下列方程式表之（4 : 3 : 2.)。 訂. -線 σ 經濟部智慧W-U!局Mx-^t合作社印製 £Φ(0 dt 2π(Μ2), t2<t<t. (4.3.2) 發現，V C 0之內部狀態可經由觀察瞬時相位波形之 .... ^ . . …· 斜率而予以監視。注意，內部狀態即使在e爲0時仍可 ' · ·..··- - . .·. - 盏視。.' / : 7 - .… - ....... ... , —.此外*如瞬時相位波形在該點附近改變其斜率之時間 點，已辨認出，PLL電路進入或移出某一狀態之邊緣時 表紙張尺度適用中國圉家標準（CNS>A4規格<210*297公爱> 經濟部智慧財產局員工消费合作杜印製 A7 B7 五、發明說明（〗8 ) 間可以測量。因爲，由於延遲錯誤，狀態轉變滯後， _P L L電路中之延·遲錯學，如每一P L L電路停留在某一 狀態之時間期間（t 2 - t :)可以測量，則可予測試。注 意，一延遲錯誤出現在相位頻率偵測器之參考時鐘輸入.端 ，可自可測試錯誤中排除》 · . 其次，將討論測試一延遲錯誤情況下加至P L L電路 之一信號。如前所述，延遲錯誤之影響可根據狀態轉變予 以觀察。即使一正弦波加至P L L電路，無狀態轉變發_生 _ 。因此，一靜態信號無法用爲延遲錯'誤之測試。另一方面’ ，當圖16 (b)之頻率脈衝加至PLL電路，向位頻率 偵測器輸出對應頻率改變之誤差信號，及PL L電路執行 —狀態轉變。即，瞬時信號可用來作爲加至測試延遲錯誤 之信'號。:： ， ... . '· · · : . ... · · ·, - · · · 圖1 6 ( a )顯示頻率脈衝信號之波形·，其頻率執行 :一時期之脈衝改變：當頻率脈衝加至參考時鐘輸入， P L L電路進行二次狀態轉變。當圖1 6 ( b_ )之頻率脈 ' ' - -· 衝加至P L L電每，相位頻率偵測器在脈衝之上升邊緣時 ，輸出一升頻'信號，之後，在脈衝之下降邊緣輸出一降頻 信號。準此，如利用一頻率脈衝，上述方程式（4 . 3 . , 1 )所需之時間期間（t 2 - t \ )可獨特發.現。 .... ' ： ' 本發明之延遲錯等偵測方法及裝置之發明，係由注意 瞬時相位之斜率，及分別利用基本頻率之時鐘波形之跳動 * . . - _ 估計方法之發展。跳動估計方法及裝置揭示於共同申請美 國專利號碼 0 9 / 2 4 6，4 5 8，. 1 9 9 -9 / 2，8 提 表紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公t) ΤΓ ----I I------ .^./1裝---------訂 ----^----線 <琦先閲讀背面之注意事項一^寫本頁) σ 445720 A7 B7 經濟部智慧財產局具工消費合作社印製 五、發明說明（19 ) 出申請，標題爲u測量一跳動之裝置及方法I，及共同繼續 專利申請號碼09/408，280，1 9 99，9，2 9提出，標題爲·測量一跳動之裝置及方法〜此等美國專 利申請之說明均併入此間。 圖17爲一方塊圖，顯示本發明之延遲錯誤偵測裝置 之第一個實施例。此延遲錯誤偵測裝置包含一頻率脈衝產 生器5 1用以產生一頻率脈衝信號，一測試下P L L電路 5 2被測試是否存在一延遲錯誤，一賀伯對產生器5 3， 測試下PLL電路5 2之輸出信號供應至該處，賀伯對產 生.器5 3之輸出信號供應i瞬時相位估計器5 4，一線性 相位移除器5 5被加上一自瞬時相位估計器5 4之輸出信 號，及一延遲錯誤發現器5 6，根據自線性相位移除器 5 5之輸出信號，以決定延遲錯誤是某存在。 · - · ... ^ . —頻奉fc ί®加至測-下P L· 電路5 2作爲自頻率脈 ... ...... . · 衝ί生器5 1之參考時信號3 ΐ.於參考時鐘信:號之頻率' 改變，測試下P L. L電路5 }受到狀態轉變，郊延遲錯誤 存在於P L L電路中-，則此等轉變影響輸出時鐘波形。 賀伯對產生器^5 3將獲得之時鐘波形X = ( t )轉換爲 Z c ( t )，瞬時相位估計器5 4估計分析信號Z e ( t ) 之瞬時相位，以自瞬時相位之相位波動△> ( t )測量時 間延逢、 如上述之美國專利申請號碼0 9 / .2 4 6，4 5 8.及 • , . , · · · C I Ρ專利申請號碼0 9 / 4 0 8，2 8 t)所揭示，在硏 • . - ；-., 究跳動測置方法中，零客叉係一重要觀念Λ此處以哼期測 ------------7J:裝·------- (請先閱讀背面之注意事項一it#-寫本頁) n It 訂 i--K — I !線 σ 本紙張尺度適用尹國國家榡準（CNS>A4規格<210X 297公爱)^22'

44572Q A7 B7 五、發明說明(20 ) 量觀點，波形之零交叉與波形之基本波之零交叉間之關係 ，將以圖3 4之理想時鐘波形X d 5 〇 % ( t )爲例作簡單說 明，其具有5 〇 %之工作週，如美國專利申請所揭示。 假定此理想時鐘波形之時期爲T。，理想時鐘波形之傅 里葉轉換可由以下之方程式（3 . 1)表示（參考Alan V.Oppenheim，AIan S.Willsky Ian T. Young"信號與系統 e，Prentice-HalI，Inc，1983)。 閲 面 之 注 項

K (3.1) 頁 經濟部智慧財產局貝工消費合作社印製 即基本波之時期等於時鐘信號之時期。 (3.2) Λ當時鐘信號之基本波.形被摘取時，其零交叉與原始時' - ..... - 鐘波形之零交叉相對應。因此，時鐘波形之時期可估計爲 自其基本波形之零交叉。此時，估計準確性，即使某些諧 .· 波加入基本波形亦無法改進。 其次，薄里葉轉換及分析信號將予以簡單說明（參考 ... - ,AthanasiOns Papoulis.著''類比及數位信號之分析'Gendai ..... , ,

Kogakusha, 19:82) β ,· .. ： - 自方程試C 3 . ί )可看出，當波形X * ( t )之傅里 • '， -. 葉轉換計算後* :自負頻率至正頻率範圍之功率頻譜 ; - ...... · S a a ( f )可獲_。.此稱爲二側之功率頻譜負頻譜爲對 ^紙張尺度適用中國國家標準（CNS>A4規格（210 X 297公爱） 23^ A7 B7 44 ST 2 0 五、發明說明（21 ) f = 0軸之正頻譜之對照。因此，二側之功率頻譜係對f > Cl軸爲對稱，即，S ( _ f ) = S » · ( f ) *但負頻 率之功率頻譜無法觀察.此外，吾人可限定一頻譜 Gaa ( f )，其中之負頻譜爲零，可觀察之正頻譜加倍。 此稱爲一側功率頻譜。

Gaa(f) = 28ω(ί) Gaa(f) = 〇 f >0 f <0 (3.3.1) Gaa(f) = Saa(f)[l + sgn(f)] (3.3.2) 在以上方程試（3 . 3 ·. 2 )中， (f )爲· 激，當ί爲正時，其採ΐ 1.値，當f爲負時，採-1爲其 * . 1 ·' 、，，.. , .. · · . * ........ ......... 値。此一·側功率頻譜與分析信號z ( t )之:頻譜對應_。分< 析信號Ζ:( ·Γ)在時域中可以下式表之。 2(t)-Xa(t) + jXa(t) (3.4)

Xa(t) = H[Xa(t)] = i/；；Mdc (3>5) - - _··... . - _ · . - 方程式（3 . 4 )之實部對應原始之波形X a ( t ) 方程式.（3 . 4 )之虛部由原始波形X a ( t )賀伯轉換 私紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格(210 x 297公釐） -四- -1 I ^ I ^ 1 · l·— ^ n 1« . {锖先S讀背面之注意事項14-寫本頁) 訂-----r--丨-線 q 經濟部智悲W-產局見工消费合—社印製 445720 A7 B7 五、發明說明（22.) . Xa ( t )表之》如方程式（3 . D所示，波形X· ( t )之賀伯轉換可由此波形X e(t)l/^rt之卷積表示. 餘弦波cos (STTfot)之賀伯轉換可自下式獲得 H[c〇s(聊一 -ic cos{2nf0(y +1)} H[cos(2nf〇t)] π cos(2jif〇t)/；： c〇s(2jrf〇y)dy,sin(23rf〇t)^y sin(2jrf〇y)y dy 在上述方程式中，第一項之整數等於零，第二項之整 數爲7Γ /可獲得下式（3 . 6 )。 .乂 · ·* · ' … ， ' ' .'' . H[cos(2rtf0t)] = jin (2πί〇ί) (3.6) 同理，可獲得下式 • Ί 1—-----------裝 i — ---訂 ———----'線 CO <請先Μ讀背面之注意事項再填窝本頁) 經濟部智慧財產局霣工消f合作社印製 H[sin (2πί〇ΐ)]» - cos (2πί0ί) (3.7) ....... • - 其次，對應一時Μ波形之方波之賀伯轉換可以獲得（ 參考Stefan L. hanh，著之·信號處理之賢伯轉換'Artrch . --. ·. , House，Inc,，1996)。圖34之理想時鐘波形文<*50>«(1.)之 ·· - - .-· _ 傅里葉級數可由下式表之（.3:8)·。 12 Xd5〇%(t)!=2+n ~ 2π 1 cos^r-t——cos_ T〇 ' 3 Α〇 3?it + -cos5 Τλ 5 Τ〇 (3-8) Κ纸張尺度適用中國國家標準（CNS>A4規格（210 χ 297公釐） 44 5720 A7 B7 五、發明說明（23 ) 利甩上述方程·式（3 . 6 )，理想時鐘波形之賀伯轉 換可由下式（3 . 9 )獲得。 H[Wt)]哥n|t如耷“卜令一 j㈣ 圖35 (a)顯示一時鐘信號之波形，圖35 (b) 顯示圖3 .5 ( a )中之賀伯轉換時鐘信號後獲得之波形〃 此等波形係根據部份相加至第1 1諧波所得。此例中之期 . · 間T 〇爲2 Ο η秒。 分析信號z ( t )由J.Dugundji所介紹，並獨特獲得一 波形之包封（例如，參閱J.Dugundji所著之B實際波形之包 封及:,預旬τ'封IRE Tran.s.Inforin、Theo’ry，卷 I,T-4,53-57頁 」1958)。當一分析.信號:z ( t ).由極座標系統表示時.，可獲 <請先《讀背面之注意事項再填窝本頁> 經濟部智慧財產局真工消费合作社印製 得以了各方程式（3 , 1 σ . 1 ) 3.10.3)。 (3.1—0 •1 1 2(t) = A(t)e^e^ (3.10.1) (3.10.2) Θ〇) «= tan'1 -. Xa(0 (3.10.3) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 445720 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消t合作社印製 五、發明說明（24 ) • . 在‘此情況下，A( t )代表一波形X - (t )之包封。 爲此理由，z ( t )被J.Dugundji稱爲預包封。此外，Θ ( t )代表波形X· ( t )之瞬時相位》 如測量之波形以複數處理，其包封及瞬時相位可輕易 獲得。賀伯轉換爲轉換一波形爲一分析信號之工具。 現在返回圖17,賀伯對產生器5 3將時鐘波形Χ、（ t )轉換爲分析信號z。（ t )。時鐘波形Χε ( t )之賀 伯轉換可f U用下式（3 . 6 )獲得： 一 ._ · - . ' . ' -·* 『 Xc (t) = H[Xc(t)] = Ac sin(2nfc t + 6C + Δφ(〇) 在以上.方程式中，A。爲標稱波幅値* ί ε爲標稱頻率 値，0 c爲原始‘相位角，及△多（t )爲相位波動。 假定X。（ t )及X、（ t )爲一複函數之實部及虛部 ，以$方i式所表示之分析信號u ( l·)'可由賀伯對.產生 器3.獲得: y〜—二…：彳、^ ... - ZC(t) *-Xc(t)+_j^C(t) =Ac cos(Mfc t + Θ。十 Δφ(〇)+ j Ac sin (2refc t + 0C 十 Δφ〇)) 總結信號處理程序，由瞬時相位估計器5 4估計之時 鐘信號X « ( t )之瞬時相位.，根據上述美國專利申請，導 致以下之方程式（4 . 4 . 1 .)> • ·. · Θ ⑴=[2jtfc t + ec + Δφ(〇】 mod 2π (4.4.1) .... 應用上述之美國專利申請揭示之柑位打開方法於線性 先 閲 讀 背 面 之 注 項SO!I裝 頁 訂 k. 0 私紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格(210 X 297公釐） •厶1 A7 B7 (4.4.2) (4.4.3) 445720 五、發明說明P5 ) 相位移除器55中之0(t)，以下方程式（4..4. 2 )可以獲得。 - Θ (t) = 2πίc t + + Δφ ⑴ 此外，線性相位〔2af = t + 0e〕利用線性函數配 合方法自0 ( t )估計而得，亦揭示於上述美國專利申請 中。但，一線性相位之估計範圍僅限於時間點t脈衝，在 該時間，P 16 ( b )中之頻率脈衝被加上。此後，線性 相位自0 (t)移除，因此波動項（t )可由下式（4 , 4 . 3 )獲得》 θ(〇 = Δφ(〇 最後，在延遲錯誤發現器5 6中· 一時間期間；（t 2 - :tl·) ，、在此期間P L L.電路停留一某狀態.，該期間利.用上 .. - 述方程.式（4 · 3 . 1 )々自在時間點t脈·衝後之時間期ι 間之相位斜率予以估計。是否存在一延遲錯誤，由.比較時. .. .一. 間期間（t 2 _ t ^ )與無錯誤P L L電路之時間期間（ * t 2無边》— t 1無格SR)而決定0 本發明之此一延遲錯誤偵測方法稱爲“八f ( t ) ”方法 V * 。此△好（t )方法可偵測任何存丨在於測試下P L L電路 5 2之類比組件（充電幫浦鼋路，迴路濾波器，或V C 0 ··· ·..-. , - 。中之延遲錯誤。 · · * _ -圖3 3爲一方塊圖，顯示本發明之延遲錯誤偵測裝匱 . {. 之第二實施例。此延遲錯誤偵測裝置包含一頻率脈衝產生 ‘紙張尺度適用中國國家標準（CNSXA4規格（210 * 297公釐）-28- (請先閱讀背面之注意事項 —裝 一 W寫本頁) 訂---線 α· 經濟部智慧財產局貝工消费合作社印製 44 5T20 A7 A/ — B7 五、發明說明（26 ) 器5 1，以產生頻率脈衝信號，一測試下pi L電路，被 ' 測試以發現其中是否存在延遲錯誤，一零交叉偵測器6 1 ，以自測試下PL L電路5 2中偵測輸出信號之零交叉， 即’偵出一時間點，在該點時自測試下p L L電路5 2之 輸出信號横跨零波幅位準，一瞬時偵測器6 2，根據偵測 之零交叉找出測試下P LL電路5 2輸出信號之瞬時期間 ，及一延遲時間偵測器6 3，用以決定測試下F L L電路 52是否@在一延遲錯誤。

&參考時鐘信號，其頻率可'作脈衝改變，該信號自頻 率脈衝產生器5 1加至測試下P L L電路5 2之參考脈衝 輸入終端。因爲參考時鐘信號之頻率作脈衝性改變，測試 下P L L電路5 2受到狀態轉變，因此，如測試下P L L 電路5 2中出瑰延遲錯誤，此等狀態轉變之影響，將出現 • · ·，· ...-·*·· ·· . 在輸出時鐘波形中。' 測試下·Ρ L L電路5 2之輸出信號， -J …；: ...... . . . ’俞如，自測試下P L L電路5- 2中之V C 0乏輸出信號，… -；; . . - 一 . - 分流至零交叉偵測器6 1之輸入終端，自V C 0之輸出信 號之零交叉即在該處被偵出。偵出之零交叉饋送至瞬時期 間偵測器6 2之輸入終端，其再利用計數器計算二相鄰零 交叉間之時間間隔，並根據計數時間間隔，找出自V C 0 之輸出信號之瞬時期間。 延遲時間偵測器6 3偵出一延遲時間，該時間自頻率 脈衝之末端延伸至V C 0之輸出信號之瞬時期間，突然改 變，及將此延遲時間與無錯誤正常P L L電路之延遲時間 加以比較，以決定測試下Pl· L電路5 2中有無延遲錯誤 本紙張尺度適用令國國家標準(CNS)A4規格（210 *297公釐)"； (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) SC)1 α· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 4 d 57 2 Ο .—___B7 ___ 五、發明說明（27 ) 。本發明之此一延遲錯誤偵測方法稱爲β零交叉方法"。 其次，將討論一特殊例1，其中，本發明應用在一無 錯誤P L L電路，即•無延遲錯誤出現之P L L電路。圖 1 9爲一方塊圖顯示無錯誤P L L電路，其中，無任何延 遲錯誤存在。此P L L電路包含一相位頻率偵測器2 1， —充電幫浦電路22，一迴路濾波器23，一乂0〇24 及一時鐘解碼及緩衝電路2 5。

模擬係以SPICE參數，0.6um 5 - V C Μ .0 S技術執行圖1 8顯示二CMOSFET之參數 。各波形係自SP I CE模擬而獲得。VC024之振盪 頻率爲1 2 8ΜΗ ζ。模擬波形之時間分辨率爲5 0 Ρ秒 。一相位波動彼形(t)係自模擬結果之波形測量而 得。此△好(t )之測量係利用M a t實驗所模擬。- . *' . - . * ' ' —圖2 0 : (: a )顯示至V； C 0 2 4之輸入波形。在此特 、殊例1 :中，一頻-率脈衝在時間點1 0 0 〇 · 5 η秒加.至' ' ..镛 ^ ...··.·· · P L L電路之參考時鐘輸入。頻率脈衝之頻率自髙頻改變 . - - - .. 爲低頻，及自低頻改變爲高頻如圖1 9所示。圖2 0 ( b )顯示P L i/電路之內部時鐘波瑕.。吾人可見，一降頻脈 波在施加頻率脈衝後之次一上升邊緣(約1 0 3 2 η秒之 時間點），輸入至V C. 0 24。一升頻脈波在約10 98 . _ . . . . . ' . ·. η秒之時間點加至VC024。 圖2 1顯示各波形•供將本發明之零交叉方法與本發 明之△办（t )方法加以比較。圖2 1 ( a 爲本發明零 交叉方法測量之V C _〇 2 4之振盪波形，之瞬時期間之測 • . -· · ^張尺度適用中困國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) -""" -------------V 裝--- (請先Μ讀背面之注意事項11寫本頁) 訂 -線 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 ^45720 A7 B7 經濟部智慧財產局貝工消費合作社印裂 五、發明說明？8. > . 量結果。虛線表示參考時鐘波形之瞬時期間》圖2 1 ( b )顯示一Λίί ( t )，萁係利用本發明之△ 0 ( t )方法 中利甩下列算法（由一實際波形轉換爲其基本頻率之分析 信號）所估計- 1 ·利用快傅里葉轉換(F F T、將X c ( t )轉換爲 頻率域/ ' 2· ·負頻率成份被切爲零。僅在時鐘頻率相鄰中之正 頻率成份p過一帶通濾波器（BPF)，其他正頻率成份 亦切爲零。 ' ' 3 ·利用反快傅里葉轉換（ I F FT)將頻譜轉換爲 時間域。 即，頻率在（2 0 MHz — 200MHz )範圍之頻 ，不包括第亡諧波，由通帶濾波器摘取，一△ 0 ( t ) ·, · · - .. ·· , 由反快傅里葉.轉換獲得、 ·· _ 〆 .. . . . ...» 5 :自圖2 1 乂 a >可以理解，因爲在時間軸方向分辨度 — - · - · ·· 曾爲甚高，自V C Q 2. 4之輸出信號之瞬時期間在二階段 • - . · 改變，即在頻率脈衝之上升邊緣及下降邊緣均改變，並在 左側之縱向虚線在頻率脈衝之時間點時，即，約在1 0 6 6 η秒之時間點返回原始期間》自此時間點，P L L電路 之內部時鐘對應頻率脈衝，開始其頻率追蹤作業，振盪頻. 率之狀態受到一轉變。在右慨之縱向虛線，由圖所見| V C 0 2 4試圖降低對應頻率脈衝上升邊緣之期間.，俾瞬時 期閭突然降低，因此，在該時間點，V C 0 2 4開始返回 • - .. 其期間至參考期間之作業（頻率脈衝施加前期間)。在此 ------—-----裝 (請先《讀背面之注意事項!^ 寫本頁) 訂.->· 線σ 卜紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱）-31 卜4 4 57 2 0 A7 B7 五、發明說明户）. 二縱向虛線間時間隔5 7. . 7 η秒爲一時間期間，在此 期間，振盪頻率之·狀態受到一轉變。 觀察圖21(b)之，可知由於降頻脈波 已在約1 0 5 Ο η秒之時間點t 1完成而引起之狀態轉變 ，及對應升頻脈波之次一狀態轉變在約5 8 . 3 Ο η秒之 後之時間點t 2開始，已自時間點t 1通過。此特殊例1 證明，· P L L電路停留在某一狀態之時間期間，如瞬時相 位斜率之P量及頻率脈衝信號組合時，該時間期間即可估 計 β 厂 -' '''" 其次，說明第二個特殊例，其中，本發明應用在一具 有延遲錯誤出現在參考時鐘輸入之Ρ L L電路中.。圖2 2 爲一方塊圖顯示一 P L L電路，其中一延遲錯誤D F 1出 現在P L L電路之相位頻率偵測器2 1之參考時鐘輸-入中 » P L L電路之構型與圖9所示相似。此型式之延遲錯 . ·. - · · · 誤無法以本發明.之方法測試或偵出。其理由「可自下列說明_ - ·. 而淸晰：。 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 ------1------Μ 裝·—— {請先《讀背面之注意事項f寫本頁> ;線· 圖2 2之P L L電路保由SP I CE所模擬。爲出現 在參考輸入之延遲錯誤D F 1之數字模擬，一系列偶數個 反相器必須插入電路中* : .圖23 (a)顯示VC 0.2· 4之一輸入波形。頻率脈 衝之頻率自高頻變爲低頻，及自低頻變爲高頻如2会所 示。圖.2 3 ( b )爲P L L電鯰之一內部時鐘波形。虛繞 • .· 爲參考時鐘波形》可見PL L電路之內部時鐘波形不與參 考時鐘波形同步，並發生一怪定之時鐘變形。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS>A4規格（210 * 297公爱）-32- .經濟部兒慧財產局員工消费合作社ep·製 44 57 2 0 A7 ' — B7 五、發明說明严） 圖2 4顯示之波形係供將本發明之零交差方法，與本 發明之△应（t )方法加以比較。圖2 4 ( a )爲由本發 明之零交差方法測量之V C 0 2 4之振盪波形之瞬時期間 之測量結果。虛線爲參考.時鐘波形之瞬時期間。圖2 4.( b )爲利用上述之算法（轉換一實波形爲其基本頻率之分 析信號之程序）估計之△0 ( t )，該算法用於本發明之 △办（t )方法中。 自圖_2 4可看出，即使一延遲錯誤D F 1出現於參考 時鐘之輸入端，PLL電路已正’確進_行一狀態轉變*因此 ，此型式之延遲錯誤無法由監視P L L電路之內部狀態而 偵出。反之，自圖23(b)可知，此型延遲錯誤可輕易 由與一外部參考時鐘比較偵出。此特殊例2可證明本發明 之方法不能偵出出現於P L L電路之參考時鐘輸入之延遲 錯誤 D F 1 。. · ....:. . ..· - * ： · ·. ' . - : '其次•討論特殊例:3 ;.其中，本發明應用於一具芦延' 遲錯誤出現在充電幫浦電路之信號輸入之P L L電.路。圖 2 5爲一方塊圖顯示一P.L L電路，其中一延遲錯誤 D F 2出現在P L L電路之充電幫浦電路2 2之信號輸入 / P L L電路之構型與圖1 9之構型相同。 充電幫浦電路2 2有二信號輸入終端。一信號輸入終 端有一邏輯信.號U ρ自相位.頻率偵側器2 1輸入，另一信 • * ·. · . 號輸入終端有一自枏位頻率偵測器2 1術入之邏輯信號 . * D 〇 W η。自柑位蘋率偵測器2 1輸入之爵輯信號U ρ或 D 〇 w η由充電幫浦電路2 έ轉換爲類比信號。邏輯信號 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 * 297公釐〉-33 - ----—14 — — —!·裝.1 — Λ)... (請先閱讀背面之注意事項表寫本頁)

訂_ J ;線- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 44 5720 . . A7 B7 五、發明說明P1 ) U P及D 0 w η分別對應“增加頻率"及"降低頻率”之狀態轉 變。: .爲啓動各狀態轉變，需要不同之頻率脈衝。（i )在 偵測出現在充電幫浦電路2 2之U p信號輸入之延遲錯誤 情況下，頻率脈衝信號之頻率順序自高頻率變爲低頻率， 及自低頻率變爲高頻率。反之，（i i)，在偵測出現在 充電幫浦電路2 2之D own信號輸入之延遲錯誤DF 3 (參考圖2 8 )時，蘋率脈衝之頻率順序自低頻率變爲高 頻率._，·及自高頻率變爲低頻率。'在此情狀下’如前討論之 固守錯誤測試之相同觀念亦可應用。即，在測試固守零錯 誤情狀下，測試模式採取在錯誤位置產生處之相反邏輯値“ 1 _'，即亦足夠。 首先，將討論一 PL L電路，其具有r延遲錯誤- D F 2出現在充電幫浦電路2: 2之U P.信號輸人》圖2 5 . .· - ... - . . ..... .... ... . - ..... . - .. 之P L L電路爲由S P I C E模擬。模擬出.現在U p信號… ； - · ... ..... - 輸入之延遲錯誤，一系列之偶數個反相器插入電路.中。延 • · 遲錯誤DF2之延遲時間爲2.957η秒。頻率脈衝之 頻率自高頻率變爲低頻率，及自低頻率變爲高頻率如圖 2 5所示。 圖2 6 (a )顯示V X 0 2 4之一輸入波形•圖2 6 ..... .. (b+)爲P L L電路之內部時鐘波形。虛線爲參考時鐘波 形。. ^ 圖2 7爲一波形圖，供將本發明之零交差與本發明之 △必（t )方法加以比較、圖2 7 C a )爲，測量結果，. 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格(210 X 297公釐）-34 - ------------v裝--- (請先閱讀背面之注意事項#r春寫本·!) 幻· --線· 445720 A7 B7 五、發明說明户） 其係由本發明之零交差所測之V c 0 2 4之振盪波形之瞬 時期間。虛線爲參考時鐘波形之瞬時期間。時間期間（t 2 一 t i )時’ P L L電路留在某一狀態，該時間期間被測量 爲約 61 . 65η 秒。圖 27 (b)爲一Δ0 (t)，其 係利用上述算法（轉換一實波形爲其基本頻率之一分析信 號之程序）所估計，該算法用於本發明之Δ0 ( t )方法 中β時間期簡ti)估計約爲6 1 . 9〇n秒。 其次將討論一P L L電路具有一延遲錯誤D F 3於 充電幫浦電路2 2之D own信號輸入》圖28之P-LL 電路由SPICE所模擬。爲延遲錯誤DF3作數字模擬 ，需要數個偶數之反相器插入電路中。延遲錯誤D F 3之 延遲時間爲4.413n秒。頻率脈衝自低頻率變爲高頻 率，及自高頻率變爲傅頻率.，如圖2 8所示。 圖2 9 ( a )爲輸至V C 0 2 4之輸波形。圖2 9 ( •:b )爲P L L電路之內部時鐘波形。迨線爲屬考時鐘波形… 圖3 0爲一波形圖，用以將本發明之零交叉方法與本 發明之△ 0 ( t )方锌加以比較。圖3 0 ( a )爲一測量 結果，即由本發明.之骞交叉方法所測之V C 0 2 4之振盪 波形之瞬時期間之結果》虛線爲參考時鐘波形之瞬時期間 。時間期間（t 2 - t Γ)估計爲2 9 . 2 5 η秒。圖3 0 • ' ..... . (b )爲利用上述之耸法（轉換一實波形爲其基本頻率之 分析信號之程序）所估計之△ 0 1 )，該算法用於本發 明之△ 0 ( t )方法中。時間期間（.t 2 — t :)估計約爲 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公龙）-35- i.----·ι*-------裝--- 一 . <請先閱讀背面之注意事項ί寫本頁) 訂.Τ --線· 經濟部智慧財產局負工消费合作社印製 經.濟部智慧財產局員工消费合作社印製 A7 B7 五、發明說明f3 ) 2 5 · 2 Ο η 秒。 現在，本發明之Δ0 ( t )方法將與本發明之零交叉 方法加以比較。圖2 5之P L L電路用於此實驗中，充電 幫浦電路2 2之信號輸入存在之延遲錯誤時間自〇 — 7 η 秒變化。 圖3 1顯示PLL電路上之實驗結果，該電路具有一 延遲錯誤DF 2於充電幫浦電路2 2之Up信號輸入。自 圖3 1可—出，本發明之Δβ ( t )方法提供估計値，其 與本發明之零交叉方法之値可以互換、此估計之延遲時間 顯示一步進變化。此係因爲相位頻率偵測器2 1僅在時鐘 邊緣之時#，引起PL L電路之狀態轉變。 圖3 2顯示在具有延遲錯誤D F 3，出現在充電幫浦 電路2 2之D o w η信號輸久之P L L電路上實驗結果。 . · . , 以本發明之零交叉方法與本發明之△0(t)方法加以比 ..... - 較，自圖3 2可看出，零交叉方法有一大偏龙誤差。和因·' 爲一零交叉方法之測量點僅限於零交叉上。另一方面.，△ 0 ( t )方法在時間分辨度上則無限制，即使波形期間甚短。將 圖3 1與圖3 2互相比較可淸晰看出，△ 0 ( t )方法可 偵出等於或長於2 η秒έ延遲錯誤。換言之，本發明之 △办（t )方法可偵出延遲錯誤而與波形之期間無關。 . 自上述結果可淸楚瞭解，本發明之(t)方法使 . .. P L L電路之狀態變爲低頻率狀態，並提供可與本發明之 r . * - . .-. 零交叉方法之値可互換，即估-計在P L L電路爲某一狀態 時之時間期間。反之，在使P L L電路狀態轉變至一高頻 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -36- i — ;——-I--------裝 i — (請先閱讀背*之注意事項ί寫本頁) '10. .線- 445720 A7 B7 五、發明說明P4_ ) 率狀態，並估計P L L電路爲某一狀態之時間期間時， △办（t ).方法可提供一較本發明之零交支方法爲小之偏 壓誤差。 _ 但，本發明之( t )方法不能測量延遲錯誤之延 遲時間。此可由一事實非常淸楚，即由3 1與3 2中所繪 之每一時間期間（t 2 — t i)與延遲錯誤之延遲時間不成 正比變化。 如上述，本發明之△ 0 ( t )方法採取下列步驟Γ (i )·施加一頻率脈衝至一P I/L電路；（1丨）暫時使 • , PLL電路留在以某一頻率振盪之狀態；及（i i i)以 測量P L L電路留在以該頻率振盪狀態之時間期間之方式 ，以偵出P L L電路中之延遲錯誤。結果，利用本發明之 △ 0 ( t )方法之延遲錯誤偵測方法之特徵爲，不需要觸 .· .... ^ · 發fi號作取樣作又，、及在皓間分辨度上亦未加限制.，即.使 波形之期間甚短》 : ' ' '' " . .. / "'· ' " - - —..， " 在另一方面，利用本發明之零交叉方法以.偵測延遲錯 誤*須要一觸發信號以作取樣作業，如波形之時期甚短， 則有大偏壓誤差。此等事實已由S Ρ I X Ε之模擬及利用

Mat實驗之測試模擬證實。 • - .. 此外，因爲P L L電路爲一回輸系統，延遲錯誤可引 起瞬時變形/因爲變形發生之時序受到限制，、利甩一觸發 波於本發明之零交叉方法中實施測試非常困難。其理由爲 目標零交叉必須準確予以捕捉。反之，本發明之△ 0 ( t ·· .. )方法之優點爲在時間分辨度上未加任何限制。此外，尙 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 * 297公釐）-37- 閱 讀 背 面 之 注 意 事 寫 本 頁 經濟部智慧財產局貝工消费合作社印製 A7 B7 ^445720 五、發明說明P5 ) I----—I--111UK· . 11 (請先M讀背面之注意事項f窝本頁> 有一優點，延遲錯誤存在於測_下PL L電路中之混合信 號段（充電幫浦電路，迴路濾波器及V C 0 )時，可被同 時測試或偵出。 本發明已以上述之實施例以舉例方式加以說明，對精 於此技藝人士而言，不同修改，改變及/或實施例之微小 改進當屬可行，而不致有悖本發明之精神與範圍、準此， 應瞭解本發明並不限於所述之實施例，並擬包括所有修改 改變及/$微小改進均可屬於本發明申請專利範圍之範疇 內。· * '’二 此外，上述之參考號碼d 1 — d 8如下。 [dl]Jan M.Rabaey，數位積體電路；一設計遠景/“11以6· Hall,Inc.,1996. .[d_2]:Hideo Fujiwara，電腦之設計及測試\_Kogakutos-ho Co.Ltd.,1990. .. * .[d3]:R..$c.ott .Fethe.rst:ori，Imtia.z. P.Sbaik 及 Siyad • - C,Ma，“AMD-K6微處理器之可測試特性n，IEEE國際測試會議 ,406-413 頁，1997. 經 濟 部 智 慧 財 產 局. 員 工. 消 费 合 作 社 印 製 [d4]:Sudhakar M.Reddy，延遲錯誤：模式，錯誤模擬，及測 試產生,ΙΕΕΕ國際測試會議講授，1995.

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Hall,Inc., 1976. .、 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS〉A4規格（210 X 297公爱）-38 - 445720 A7 ____ B7___ 五、發明說明严） [d7]:Manfred Schroeder,Fractals,Chaos,Power Laws.W.H. ...

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Claims (1)

1. ο 2 7 5 4 4 A8BSC8D8 六、申請專11¾圍/ 1 -丄·理 相迴路電路中之延遲錯誤_||:;，包 含以下步驟' /脅 施加一頻率脈衝至鎖相迴路電路，以致使該鎖相迴路 電路的狀態轉變： 從該鎖相迴路電路輸出之信號估計該信號之瞬時相位 :及 , 從該瞬時相位之波動項目測量一時間期間，在該期間 該鎖相迴芦電路停留在振盪於某頻率的狀態中。 2 ·如申請專利範圍第1,項之延遲錯誤偵測方法，其 中該估計瞬時相位之步驟包含下列步驟： 將來自該鎖相迴路之輸出信號的波形轉變爲分析信號 :及 、估計該分析信號之瞬時柑位，且其中該測量時間期間 、.之步屬包括以下步驟： .偵.測延連錯誤，藉由將鎖袓迴路電路停留.在振盪於某' 頻率之狀態的時間期間來與無錯誤之鎖相迴路電路在無延 遲錯誤下停留在振盪於某頻率之狀態時之時間期間相比較 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製. 3 .如申請專利範圍第2項之延遲錯誤偵測方法，其 中該測量時間期間之步驟爲自該瞬時相位之斜率之改變部 份的;時間期之方法。. 4 . — 鎖相_路電路中之延遲'錯'法’包 含下列步驟分 …γ ·. -, 施加-一頻率脈衝至鎖相迴路電路，以致使該鎖相迴路 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格<210 »< 297公爱> -40 - 目迴路電路中之延遲錯誤的，包 445720 六、申請專利範圍 電路的狀態轉變： 從鎖相迴路電路之輸出信號估計該信號之瞬時期間； 及 從該瞬時期間測量鎖向迴路電路振盪於某頻傘狀態的 時間期間。 . 5.如申請專利範圍第4項之延遲錯誤偵測方法，其 中該測量時間期間之步驟爲一測量從輸入頻率脈衝返回其 原始狀態^時間點直到一時間點爲止的時間期間之步驟， 在該時間點，來自該鎖相迴路電路之輸出信號的瞬時期間 突然改變。. Ml. 含： 頻率脈衝施加機構，用以施加頻率脈衝至測試下之鎖 "* . · · · . 相迴路電路，作爲參考時鐙信號； .轉換機構| ·用以將輸出自棚試下之鎖相遡路電路的信 號之波形轉換爲分析信號； 估計機構，用以估計該分析信號之瞬時相位：及 延遲時間測量機構，用以從所估計之瞬時相位的波動 項目測量延遲時間。 7 .如申請專利範圍第6項之延遲錯誤..谭測裝置，其 中該轉換機構爲賀伯對產生器，並且更包含： 用以從所估計之瞬時相位估計一線性相位，並自所估 計之瞬時相位移除所估計之線性相位來獲得瞬時相位之波 動項目的機構。 ---—I — J---— —'p^.---- ! — 訂----'· (請先間讀背面之注意事項再/#'寫本頁) 經濟部智慧財產肩具工消费合作社印製 -I '^1 t— |> I I _ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210x297公釐） -41 - 4457 20 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍/ 8 .如申請專利範圍第6項之延遲錯誤偵測裝置，其 :中該延遲時間測量機橇爲用以偵測一延遲錯誤的機構，其 方法爲藉由將鎗相路電路振盪於某頻率之狀態的時間期間 來與無錯誤鎖相迴路電路在無延遲錯誤下振盪於某頻率之 狀態的時間期間做比較。 . 9 .如申請專利範圍第6項之延遲錯誤偵測裝置，其 中該延遲時崮測量機構爲，用以估計該瞬時相位之斜率改 變部份之声間_的機構 ίο . — b鎖相迴路電路之延遲錯置，包 ..巍 含： 頻率脈衝施加機構，用以施加一頻率脈衝至測試下之 .鎖相迴路電路作爲參考時鐘信號： 估計機構，用以從輸出自鎖相迴路電路之信號估計該 • . . .." .· ::信號之瞬時期間久及： ^. 一 . — . \ .... · ... 延遲時間測量機構用以從所估計之瞬時期間測量時間

   其中該 期間 .如申請專利範圍第1 〇項之 經濟部智慧財產局貝工消费合作社印製 延遲時間測量機構爲用以測量從輸入頻率脈衝返回其原始 狀態的時間點直到一時間點爲止的時_間期間之機構，在該 * · 時間點來自鎖相迴路電路之輸出信號的瞬時斯間突然改變 本紙張尺度適用中國國家標準<CNS)A4規格（210 X 297公髮）.-42 -