TW502502B - Delay locked loop device of the semiconductor circuit - Google Patents

Description

502502 經满部中央標擎局Η工消f合作社印聚 Λ 7 ___ 一 Η7 _____ ____ 五、發明説明（/ ) 〔發明之背景〕 〔發明之範疇〕 本發明乃關於一種半導體電路之時脈補償裝置，特別 關於一延遲鎖定迴路裝置，其型式爲時脈補償裝置，其中 接收一外來時脈信號而產生一內部時脈信號。 〔習知技藝之敘述〕 延遲鎖定迴路裝置由接收一外部時脈而產生一內部時 脈信號，係被用來匹配外來時脈及內部時脈信號之頻率及 相位。 槪括言之，延遲鎖定迴路裝置包括一相位檢波器、一 充電泵及一延遲裝置。相位檢波器比較及檢測外部時脈及 內部時脈之頻率差異或相位差異。充電泵自相位檢波器接 收其輸出信號及輸出泵信號，以控制延遲裝置中之延遲元 件以控制延遲裝置之延遲時間。延遲裝置由來自充電泵之 輸出信號加以控制，及接收輸出時脈以輸出內部時脈。 圖1爲習知技藝之一延遲鎖定迴路裝置之方塊圖。圖 1中之延遲鎖定迴路裝置尙包括一濾波器，以消除自充電 泵來的輸出信號中之雜訊。 圖2爲圖1中之一延遲裝置之詳細電路，該延遲裝置 包括多個延遲元件。如上所述，延遲裝置由接收一外部時 脈而產生一內部時脈信號。內部及外部時脈信號間之相位 差及頻率差由自充電泵之泵電壓Vpump來控制。 換言之，當一外部時脈輸出時，延遲裝置即在泵電 壓Vpump維持一任意電壓位準時即產生一內部時脈信號。 請1間讀背而之注*事項洱 •裝-

、1T 線 I紙張尺度適用中國國家彳專（CNS ) AOt格(210X2M7.A^；) 502502 經滴部中央標萆局Η工消费合作社印％ Λ 7 _____ Η7 五、發明説明（2 ) 之後，相位檢波器將比較及檢測外部及內部時脈之頻 率及/或相位。 如二時脈信號之頻率及/或相位匹配，充電泵保持原始 之泵電壓Vpump及相位檢波器不輸出信號。 但如二時脈信號之頻率及/或相位不匹配，相位檢波器 則產生一輸出信號以控制充電泵。於是，充電泵輸出一控 制之泵電壓Vpump。控制泵電壓Vpump之電壓位準根據相 位檢波器之輸出信號之狀態而增減。 例如，如自延遲裝置輸出之內部時脈之相位落後於外 部時脈之相位，相位檢波器則輸出高電壓位準以升高自充 電泵之泵電壓Vpump之位準以補償內部時脈之落後。 增加之泵電壓Vpump輸入至延遲裝置之偏壓電晶體， 該電晶體由CMOS電晶體組成，將延遲時間縮短。因此， 內部時脈之落後相位得以補償。如內部時脈之相位較快， 相位檢波器比較二相位之差異，及輸出低電壓位準以降低 自充電泵之泵電壓Vpump之位準以補償內部時脈之較快相 位。 因此，如相位之控制程序繼續重複，延遲鎖定迴路裝 置則可達鎖定狀態。 其中，鎖定狀態指出外部時脈及內部時脈之頻率及/或 相位。 如上所述，延遲鎖定迴路裝置可控制延遲元件中之偏 壓電晶體而控制延遲時間。 但，由於自充電泵之輸出信號爲一類比信號，故泵電 4 __1,1,,· ---|| - — 11111111 I I · — - — ... , ·. ^ · . . .L . . · - - . - — _ . - 本紙張尺度適用中國國家枕專€ CNS ) Μ規格（2l0XW:M;)

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、1T 線 502502 Λ7 H7 經濟部中央標準局Κ工消费合作社印製 五、發明説明（^ ) 壓位準改變很慢，爲此理由，延遲鎖定迴路裝置之延遲時 間之改變亦很慢。因此，需要一個很長鎖定時間以匹配外 部時脈及內部時脈間之頻率及/或相位。此外，有一問題存 在，即在習知技藝中之延遲鎖定迴路裝置之頻率帶寬限定 在某一範圍，因爲延遲裝置之全部延遲時間爲固定的。 因此，本發明之一個目的爲提供一延遲鎖定迴路裝置 ，其可改進鎖定時間及擴充作業頻率帶寬。 本發明之另一目的爲提供一延遲鎖定迴路裝置，其包 括多個延遲元件，各者均輸出不同之延遲時間。 另外，本發明之又一目的爲提供一延遲鎖定迴路裝置 ，其包括一相位檢波器以檢測相位差，及包括計數器自延 遲元件選擇一輸出信號。 〔發明之槪述〕 據此，本發明之目的爲針對一延遲鎖定迴路裝置，該 裝置係一時脈補償裝置，其接收一外部時脈而產生一內部 時脈信號。 、 本發明之一實施例之延遲鎖定迴路裝置包含：延遲裝 置，以接收一外部時脈及產生一內部時脈，該延遲裝置具 有第一個至第N個延遲元件將收到之外部時脈加以延遲以 與內部時脈之相位相互匹配；相位檢波器，以輸出檢波信 號，該信號分辨出外部時脈之相位與內部時脈之相位之差 異；計數器，以自相位檢波器接收信號，輸出第一控制信 號以控制由延遲裝置產生之內部時脈之相位，及輸出第二 控制信號以便在外部時脈及內部時脈之相位差超過延遲裝 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4im ( 210X297*^. 間 讀 1Ϊ. rr Φ 裝 線 502502 Λ 7 __Η7 五、發明説明（★) 对1間讀fr而之注念事項 置之延遲範圍時以控制延遲裝置之延遲範圍；及充電泵， 以接收自計數器輸出之第二個控制信號，並產生泵電壓以 控制延遲裝置，以便令外部時脈之相位及內部時脈之相位 間之差在第一個至第N個延遲裝置之延遲範圍之內。 外部時脈之頻率與內部時脈之頻率相同。自延遲裝置 輸出之內部時脈爲由計數器產生之第一控制信號所選擇之 第一個至第N個延遲元件之一輸出信號。 本發明之實施例尙包含一濾波器，其接收自充電泵之 泵電壓以輸出無雜訊之泵電壓。

、1T 本發明之延遲裝置包含一多工器，以接收自第一個至 第N個延遲元件各者輸出之N個延遲信號及根據自計數器 之第一控制信號輸出N個延遲信號之一者作爲內部時脈信 號。 線 吾人應了解，以上之一般敘述及下列之詳細說明均係 範例及解釋目的，以進一步說明申請專利範圍中所請之本 發明。 〜 〔圖式之簡單說明〕 經濟部中央標挲局Μ工消f合作社印製 所附之圖式係用以提供對本發明進一步之瞭解’並倂 入其中成爲本發明之一部分’各圖式說明本發明之各實施 例，與敘述共同用以解釋圖式之原理：圖中： 圖1爲習知技藝之一延遲鎖定迴路之方塊圖； 圖2爲習知技藝中延遲裝置之詳細電路； 圖3爲本發明之一延遲鎖定迴路裝置之方塊圖； 圖4爲本發明之延遲裝置之一詳細電路。 ^氏張尺度適用中國1¾¾淨·（ CNS )、心㈣(210 ) 502502 經濟部中央標挲局貝工消费合作社印奴 五、發明説明（（r ) 圖式之參考號碼 10:延遲裝置 20:相位檢波器 30:計數器 40:充電泵 50:濾波器 〔較佳實施例之詳細說明〕 圖3爲本發明之一延遲鎖定迴路裝置之方塊圖。 延遲裝置10接收一外部時脈CLKext及產生一內部時 脈CLKint。延遲裝置具有第一個至第N個延遲元件，以將 收到之外部時脈信號延遲以便令外部時脈之相位與內部時 脈之相位匹配。今後將參考圖4再予以解釋。 相位檢波器20輸出檢測信號，其分辨外部時脈之相 位與內部時脈相位間之相差。計數器30自相位檢波器接收 檢測信號，並輸出第一控制信號Qi以控制由延遲裝置產生 之內部時脈之相位，並輸出第二控制信號Pi，以便在內部 時脈之相位與外部時脈之相位差超過延遲裝置之延遲範圍 時，控制延遲裝置之延遲範圍。 充電泵40自計數器之輸出接收第二控制信號Pi及產 生泵電壓Vpump以控制延遲裝置，其可使外部時脈之相位 及內部時脈之相位間之相差在第一個到第N個延遲裝置之 延遲範圍內。 圖3中，外部時脈之頻率與內部時脈之頻率相同。自 延遲裝置產生之內部時脈爲自計數器之第一控制信號所控 7 本紙張尺度適用中國國家枕枣（CNS )八4丨見枯（210XW公私") 邻先閱讀背而之注¾事項再本頁) ,.

、1T 線 02 5 02 經濟部中央標孪局员工消费合作社印製 Λ 7 Η7 五、發明説明（士） 制之第一個至第N個延遲元件之一輸出信號。 延遲鎖定迴路裝置尙包含一濾波器50，以自充電泵接 收其輸出之泵電壓，及消除泵電壓中之雜訊後產生一無雜 訊泵電壓。 圖4爲圖3中之延遲裝置之詳細電路。如圖4所示， 延遲電路包括多個延遲元件11、12、13及14，其產生內部 時脈信號OUTO、OUT1、OUT2及OUT3(內部時脈信號之延 遲時間均不同）；多個N型MOS電晶體MN1、MN2、MN3 及MN4，均由輸入電晶體之每一閘極之泵電壓Vpump予以 控制以控制延遲元件之延遲時間；及多工器15以接收多個 內部時脈信號OUTO、OUT1、OUT2及OUT3及選擇一個內 部時脈以響應OUTO、OUT1、OUT2及OUT3以響應自計數 器之控制信號。 在此實施例中，圖4之四個延遲元件僅用來作爲舉例 。因此，在其他實施例中可提供更多之延遲元件。 此後，將解釋圖3及4中之實施例之操作。 在初始階段，自充電栗40輸出之泉電壓Vpump保持 在一任意電壓位準。構成延遲元件之電晶體尺寸亦係在設 計時決定。例如，如延遲時間決定爲2ns，內部時脈OUTO 爲自第一延遲元件之輸出信號，其延遲時間爲2ns ;第二 延遲元件之輸出信號之內部時脈0UT1之延遲時間爲4ns ; 自第三個延遲元件輸出信號之內部時脈0UT2之延遲時間 爲6ns ;自第四個延遲元件輸出信號之內部時脈OUT3之延 遲時間爲8ns。 — _ 8 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) /以現格（210x FC間讀背而之注念杯項 •裂·

T 嫁 502502 Λ7 _____ H7 五、發明説明（Γ]) 準此，如一外部時脈已輸入延遲裝置，由第一個至第 四個延遲元件所產生及具有不同延遲（例如2ns、4ns、6ns ，8ns)之全部內部時脈均已輸出至多工器中。此後，由多 工器選擇一個內部時脈作爲較佳之內部時脈信號。 例如，如外部時脈之相位與內部時脈之相位差爲4ns ，而內部時脈之相位較外部時脈相位爲快，內部時脈之延 遲時間將予以延遲4ns。因此，內部時脈之相位將以選擇 時脈OUT1與多工器而使與外部時脈相匹配。 相位檢波器將外部時脈之相位與輸出之內部時脈相比 較並檢測出相位差。此後，相位檢波器輸出檢波信號，並 將其輸入至計數器。計數器輸出計數信號及將其加在多工 器上以根據檢波信號而補償相位差。於是，自第.二延遲元 件之內部時脈OUT1被選擇出，並自多工器之輸出終端輸 出。 同理，如內部時脈之相位較外部時脈之相位快6ns， 將選擇內部時脈OUT2以補償相位差。 但如外部時脈相位較內部時脈相位快6ns，內部時脈 之延遲時間將予以縮短以補償相位差。準此，第一延遲元 件之內部時脈OUT0選擇以補償相位差。 換言之，本發明中外部與內部時脈之相位差已獲得補 償，不論相位差之情況及延遲鎖定迴路裝置到達鎖定狀態 穩定情況。 此外，如二時脈之相位差小於2ns或大於8ns，相位 檢波器將檢出此相位差’並輸出一檢波信號至計數器。此 本紙張尺度適用中國國家棕率（CNS)八心見格（2丨0A) -^1間讀背而之注&卞項再本页

、1T 線 經漪部中央標準局負工消费合作社印敢 502502 Λ7 _ ]‘Π ___ ___;___ 五、發明説明（$ ) 外，計數器輸出某一信號Pi並將其輸入至充電泵。充電泵 將根據信號Pi之電壓位準狀況，控制連接至延遲元件之電 晶體之電流驅動特性。 例如，相位差爲Ins，充電泵之泵電壓Vpump將升高 。如相位差爲9ns，充電泵之泵電壓Vpump則降低。因此 ，二時脈之延遲差自動受到控制，工作頻率帶寬亦已加寬 〇 •裝· 此外，當習知技藝以本發明之實施例代替時，鎖定時 間可縮短，因爲多個內部時脈被提供以產生不同之預定延 遲時間。 訂 如上所解釋者，此實施例可縮短鎖定時間及擴充工作 頻率帶寬，因爲其可產生至少二個內部數位式時脈以補償 內部時脈與外部時脈間之相位差。 本發明可納入於任何需要相位或任何時脈頻率之匹配 之系統。 線 經濟部中央標枣局Η工消费合作社印11 吾人瞭解，對於精於此技藝人士，計多修改將屬可行 而不會有淳本發明之範疇及精神。因此，所附之申請專利 範圍之範疇將不限於上述之說明，而申請專利範圍可解釋 爲可涵蓋本發明中之可專利之所有特性，包括所有由精於 此技藝人士認爲可當作其等値之各種特性。 10 本紙張尺度適用中國國家標專（CNS ) Λ41格(21〇χ297λ>^.)

Claims (1)

1. 502502 A8 B8 C8 D8 、申請專利範圍 卜）r 1 ·一種延遲鎖定迴路裝置，包含： (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 延遲裝置，用以接收一外部時脈信號及產生一內部時 脈信號，該延遲裝置具有第一個至第N個延遲元件，將接 收之外部時脈信號加以延遲，以便將外部時脈信號之相位 與內部時脈信號之相位匹配； 相位檢波器，以輸出檢波信號，以分辨外部時脈信號 及內部時脈信號之相位差； 計數器，以接收自相位檢波器之檢波信號，輸出一個 第一控制信號，以控制由延遲裝置產生之內部時脈信號之 相位，及輸出一個第二控制信號，以便在外部時脈信號之 相位與內部時脈信號之相位差超過延遲裝置之延遲範圍時 ，控制延遲裝置之延遲範圍；及 充電泵，供接收自計數器輸出之第二控制信號及產生 泵電壓以控制延遲裝置，該充電泵可使外部時脈信號之相 位與內部時脈信號之相位間之相位差在第一個至第N個延 遲裝置之延遲範圍之內； 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 其中之外部時脈信號之頻率與內部時脈信號之頻率相 同，由延遲裝置產生之內部時脈信號爲自第一個至第N個 延遲元件之一輸出信號以響應自計數器之第一控制信號。 2·如申請專利範圍第1項之延遲鎖定迴路裝置，尙 包含一濾波器，用以自充電泵接收泵電壓，及消除泵電壓 中之雜訊方式產生一無雜訊泵電壓。 3·如申請專利範圍第1或2項之延遲鎖定迴路裝置 ，其中該延遲裝置尙包含： 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） 502502 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 一多工器，以自第一個至第N個延遲元件各者接收其 輸出之N個延遲信號，及輸出N個延遲信號之一者作爲內 部時脈信號以響應自計數器之第一控制信號。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂ji,----線一 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）