TWI573398B - 工作週期產生裝置與工作週期產生方法 - Google Patents

Description

工作週期產生裝置與工作週期產生 方法

本案是有關於一種積體電路，且特別是有關於工作週期產生裝置與其方法。

在高速操作的應用中，例如包含記憶體裝置、通訊資料傳輸等等，由於時間精準度與功率消耗兩者之間的取捨，使得時脈產生電路的設計困難度越來越高。

一些技術中，採用半速率(Half-rate)的時脈模式以在不犧牲系統操作速度下進行操作。半速率(Half-rate)的時脈模式通常需要具有工作週期為50%的時脈信號，以利用此時脈信號的上升邊緣與下降邊緣進行操作。然而，於實際應用中，由於製程誤差、時脈速度過高等因素，時脈信號的工作週期無法準確地被固定。

為了解決上述問題，本揭示內容之一態樣係於提供一種工作週期產生裝置。工作週期產生裝置包含轉換 器、校正器以及控制電路。轉換器用以根據輸入信號產生具有工作週期的第一輸出信號至輸出端。校正器耦接至輸出端，並用以根據控制信號調整第一輸出信號的工作週期，其中轉換器與校正電路並聯設置於第一電源與第二電源之間。控制電路耦接至輸出端，並用以根據第一輸出信號與參考信號產生控制信號。

於一些實施例中，轉換器包含第一電晶體與第二電晶體。第一電晶體耦接於第一電源與輸出端之間。第二電晶體耦接於輸出端與第二電源之間，其中第一電晶體與第二電晶體用以根據輸入信號輸出第一輸出信號至輸出端。

於一些實施例中，校正器包含第一電流源電路以及第二電流源電路。第一電流源電路耦接於第一電源與輸出端之間，並用以根據控制信號產生第一電流至輸出端。第二電流源電路耦接於輸出端與第二電源之間，並用以根據控制信號產生第二電流，且第二電流由輸出端流經至第二電源。

於一些實施例中，控制電路包含比較器以及輸出電容。比較器用以比較第一輸出信號與參考信號，以產生控制信號至輸出節點。輸出電容耦接於輸出節點。

於一些實施例中，工作週期產生裝置更包含緩衝器。緩衝器耦接至輸出端，並用以根據第一輸出信號產生第二輸出信號。其中比較器更用以比較第二輸出信號與參考信號，以產生控制信號。

於一些實施例中，校正器包含複數個第一電流 源電路、複數個第一開關、複數個第二電流源電路以及複數個第二開關。多個第一開關耦接於第一電源與多個第一電流源電路之間，並用以根據複數個第一切換信號導通，其中多個第一電流源電路中每一者用以在多個第一開關中之一對應者導通時，產生第一電流至輸出端。多個第二開關耦接於第二電源與多個第二電流源電路之間，並用以根據複數個第二切換信號導通，其中多個第二電流源電路中每一者用以在多個第二開關中之一對應者導通時產生第二電流，且第二電流由輸出端流經至第二電源。

於一些實施例中，控制電路包含比較器、編碼器以及解多工器。比較器用以根據第一輸出信號與參考信號產生控制信號。編碼器用以根據控制信號產生編碼信號。解多工器，用以根據編碼信號產生多個第一切換信號與多個第二切換信號。

本揭示內容之另一態樣係於提供一種工作週期產生裝置。工作週期產生裝置包含第一電晶體、第二電晶體以及校正器。第二電晶體用以協同第一電晶體根據輸入信號產生具有工作週期的輸出信號至輸出端。校正器用以響應於輸出信號以產生至少一電流至輸出端，以調整輸出信號的工作週期，其中至少一電流不流經第一電晶體與第二電晶體。

本揭示內容之又一態樣係於提供一種工作週期產生方法，其包含下列操作。經由轉換器根據輸入信號產生輸出信號至輸出端；基於輸出信號與參考信號產生控制信號；以及根據控制信號產生至少一電流，並在不流經轉換器 下傳輸至少一電流至輸出端，以校正輸出信號之一工作週期。

於一些實施例中，前述的至少一電流經由校正器產生，且校正器與轉換器並聯耦接於第一電源與第二電源之間。

綜上所述，本案所提供的工作週期產生裝置與其工作週期產生方法可透過產生並聯電流的設置方式以及回授機制來校正輸出信號的工作週期，以改善輸出信號的工作週期的準確度。

100‧‧‧工作週期產生裝置

110‧‧‧轉換器

120‧‧‧校正器

130‧‧‧控制電路

VIN‧‧‧輸入信號

T1、T2‧‧‧電晶體

102、103‧‧‧電源

101‧‧‧輸出端

IP、IN、IU、ID‧‧‧電流

VA、VB、VOUT‧‧‧輸出信號

VDD‧‧‧電壓

VREF‧‧‧參考信號

104‧‧‧輸出節點

CO‧‧‧輸出電容

VC‧‧‧控制信號

140、150‧‧‧緩衝器

131‧‧‧比較器

CP‧‧‧寄生電容

121、122‧‧‧電流源電路

TDN‧‧‧致能期間

300‧‧‧工作週期產生裝置

TUP‧‧‧禁能期間

VS1、VS2‧‧‧切換信號

321、322‧‧‧電流源電路

333‧‧‧解多工器

SW1、SW2‧‧‧開關

VE‧‧‧編碼信號

S410、S420、S430‧‧‧步驟

400‧‧‧方法

為讓本揭示內容之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：第1圖為根據本揭示內容中的一些實施例所繪示的一種工作週期產生裝置的示意圖；第2圖為根據本揭示內容中之一些實施例所繪示第1圖中的輸入信號與輸出信號的暫態波形示意圖；第3圖為根據本揭示內容中之另一些實施例所繪示的一種工作週期產生裝置的示意圖；以及第4圖為根據本揭示內容之一些實施例所繪示一種工作週期產生方法的流程圖。

下文係舉實施例配合所附圖式作詳細說明，但 所提供之實施例並非用以限制本發明所涵蓋的範圍，而結構操作之描述非用以限制其執行之順序，任何由元件重新組合之結構，所產生具有均等功效的裝置，皆為本發明所涵蓋的範圍。此外，圖式僅以說明為目的，並未依照原尺寸作圖。為使便於理解，下述說明中相同元件將以相同之符號標示來說明。

關於本文中所使用之『第一』、『第二』、…等，並非特別指稱次序或順位的意思，亦非用以限定本發明，其僅僅是為了區別以相同技術用語描述的元件或操作而已。

另外，關於本文中所使用之『耦接』或『連接』，均可指二或多個元件相互直接作實體或電性接觸，或是相互間接作實體或電性接觸，亦可指二或多個元件相互操作或動作。

請參照第1圖，第1圖為根據本揭示內容中的一些實施例所繪示的一種工作週期產生裝置100的示意圖。示例而言，工作週期產生裝置100包含轉換器110、校正器120以及控制電路130。

轉換器110用以根據輸入信號VIN產生輸出信號VA至一輸出端101，其中輸出信號VA具有工作週期(duty cycle)。於一些實施例中，轉換器110設置以轉換電壓信號為脈波信號。於一些實施例中，輸出信號VA的工作週期設置為約50%。

於一些實施例中，轉換器110包含電晶體T1與 電晶體T2。電晶體T1的第一端耦接至電源102，以接收電壓VDD。電晶體T1的第二端耦接至輸出端101，且電晶體T1的控制端用以接收輸入信號VIN。電晶體T2的第一端耦接至輸出端101，電晶體T2的第二端耦接至電源103，且電晶體T2的控制端用以接收輸入信號VIN。於一些實施例中，如第1圖所示，電源103為一參考地端。或者，於另一些實施例中，電源103可用以提供低於電壓VDD的一系統電壓。

於一些實施例中，電晶體T1設置以協同電晶體T2根據輸入信號VIN產生輸出信號VA。於一些實施例中，電晶體T1與電晶體T2配置為一反相器。上述關於轉換器110之設置方式僅為示例。各種類型的轉換器110皆為本揭示內容所涵蓋的範圍。

校正器120耦接至輸出端101，並用以基於輸出信號VA調整輸出信號VA的工作週期。示例而言，校正器120根據控制信號VC產生電流IU與電流ID至輸出端101，以調整輸出信號VA的工作週期，其中控制信號VC是經由控制電路130基於輸出信號VA產生。

於一些實施例中，校正器120與轉換器110設置以並聯耦接於電源102與電源103之間。如此，校正器120可在不流經轉換器110(例如包含電晶體T1與電晶體T2)的情況下，傳遞電流IU與電流ID至輸出端101。

示例而言，如第1圖所示，校正器120包含電流源電路121以及電流源電路122。電流源電路121耦接至電 源102與輸出端101之間，並設置以根據控制信號VC產生電流IU至輸出端101。電流源電路122耦接至電源103與輸出端101之間，並設置以根據控制信號VC產生電流ID，其中電流ID由輸出端101流經至電源103。

於一些實施例中，電流源電路121與電流源電路122由壓控電流源電路實現，以根據控制信號VC產生不同數值的電流IU與電流ID。於一些實施例中，上述的可變電流源電路可由各種類型的電流鏡電路實現。上述關於校正器120的電路實現方式僅為示例，各種類型的校正器120皆為本揭示內容所涵蓋的範圍內。

於一些實施例中，工作週期產生裝置100更包含緩衝器140與緩衝器150。緩衝器140耦接至輸出端101，以根據輸出信號VA產生驅動能力較大的輸出信號VB至控制電路130。緩衝器150耦接至輸出端101，以根據輸出信號VA產生驅動能力較大的輸出信號VOUT至外部電子裝置(未繪示)。應當瞭解的是，緩衝器140與緩衝器150為選擇性應用。本領域具有通常知識者可根據實際應用選擇性地設置緩衝器140與緩衝器150。

請繼續參照第1圖，控制電路130耦接至輸出端101，以基於輸出信號VA產生前述的控制信號VC。示例而言，於一些實施例中，控制電路130包含比較器131以及輸出電容CO，其中輸出電容CO耦接至輸出節點104。比較器131設置以比較輸出信號VB與參考信號VREF，以產生控制信號VC至輸出節點104。於另一些實施例中，比較器131 亦可在未設置緩衝器140的情況下直接接收輸出信號VA，並比較輸出信號VA與參考信號VREF產生控制信號VC。

第2圖為根據本揭示內容中之一些實施例所繪示第1圖中的輸入信號VIN與輸出信號VA的暫態波形示意圖。請一併參照第1圖與第2圖，以說明校正器120的相關操作。

如第2圖所示，輸入信號VIN在每一週期的致能期間TDN(亦即處於高電壓位準的期間)設置以大致相同於輸入信號VIN在每一週期的禁能期間TUP(亦即處於低電壓位準的期間)。當處於輸入信號VIN的致能期間TDN時，電晶體T1關斷，且電晶體T2導通。此時，輸出端101的寄生電容CP經由電晶體T2的電流IN放電，且輸出信號VA的電壓位準因此下降。或者，當處於輸入信號VIN的禁能期間TUP時，電晶體T1導通，且電晶體T2關斷。此時，輸出端101的寄生電容CP經由電晶體T1的電流IP充電，且輸出信號VA的電壓位準因此上升。

在理想情況下，在校正器110未操作時，為了達到具有50%的工作週期，輸出信號VA於在充放電過程中產生的電壓差△VA被預期為0，上述關係可被描述為下式(1)：

從式(1)可得知，在理想情況下，若電流IP與禁能期間TUP的乘積與電流IN與致能期間TDN的乘積相同，可使得 電壓差△VA為零。然而，於實際應用中，電流IP與電流IN會因為製程偏差、電晶體T1與電晶體T2內部的寄生電阻、操作速度過快等因素而彼此不匹配，而使得電壓差△VA無法為零。如此一來，輸出信號VA之工作週期無法準確地被固定至50%。

於一些實施例中，藉由控制電路130的負回授控制的設置方式，當電流IP與電流IN發生不匹配時，可透過電流源電路121與電流源電路121產生不同的電流IU與電流ID至輸出端101進行補償，以使電壓差△VA為零。等效而言，電流不匹配的現象已被校正。如此一來，輸出信號VA之工作週期能夠被維持於50%。上述關係可表示為下式(2)：TUP×(IP+IU)=TDN×(IN+ID)…(2)

於一些相關技術中，用來校正工作週期的校正器與轉換器串疊連接。換句話說，校正器所輸出的電流會透過轉換器而傳遞至輸出端進行補償。因此，校正器所輸出的電流仍會因為轉換器內部電晶體的寄生電阻不匹配而產生誤差。如此一來，輸出信號的工作週期仍無法精確地維持於50%。此外，使用串疊連接的電路架構的校正器，因其所輸出的電流的傳遞路徑較長，且其控制機制通常較複雜，輸出信號的工作週期需要較長的穩定時間，故無法適用於操作速度較快的應用中。

相較於上述技術，本案的校正器120設置以與 轉換器110並聯耦接。換句話說，校正器120產生的電流IU與電流ID皆在不透過轉換器110的電晶體T1或電晶體T2的設置方式下而傳輸至輸出端101。相較於上述相關技術，輸出信號VA的工作週期可較準確地維持於50%。同時，由於電流IU與電流ID可直接傳輸至輸出端101，輸出信號VA的工作週期可相對較快地被校正回50%。相對而言，本案的工作週期產生裝置100可適用於操作較快速度的應用。

請參照第3圖，第3圖為根據本揭示內容中之另一些實施例所繪示的一種工作週期產生裝置300的示意圖。為易於理解，第3圖中與第1圖相類似的元件將被指定為相同元件標號。

相較於第1圖的工作週期產生裝置100，工作週期產生裝置300的校正器120以及控制電路130可由數位電路實現。示例而言，如第3圖所示，校正器120包含多個電流源電路321、多個電流源電路322、多個開關SW1以及多個開關SW2。

如第3圖所示，多個開關SW1中之每一者耦接於電源102以及多個電流源電路321中之一對應者之間。多個開關SW1中之每一者設置以根據多個切換信號VS1中之對應者選擇性導通。多個電流源電路321中的每一者設置以在對應的開關SW1導通時，產生電流IU至輸出端101。

多個開關SW2中每一者耦接於電源103以及多個電流源電路322中之一對應者之間。多個開關SW2中每一者設置以根據多個切換信號VS2中之對應者選擇性導通。多 個電流源電路322中的每一者設置以在對應的開關SW2導通時導生電流ID，其中電流ID經輸出端101流經至電源103。

請繼續參照第3圖，於一些實施例中，控制電路130包含比較器131、編碼器332以及解多工器333。比較器131用以比較輸出信號VB與參考信號VREF，以產生控制信號VC。編碼器332耦接至比較器131的輸出端，以接收控制信號VC。編碼器332根據控制信號VC產生編碼信號VE。例如，於一些實施例中，編碼器332對控制信號VC進行編碼，以產生編碼信號VE。或者，於另一些實施例中，編碼器332可由計數器實現，並根據控制信號VC的狀態進行計數以產生不同的編碼信號VE。解多工器333耦接至編碼器332的輸出端，以接收編碼信號VE。於一些實施例中，編碼信號VE設置以具有n+1位元，n為正整數，且多個開關SW1的個數與多個開關SW2的個數皆為n。於一些實施例中，解多工器333設置以根據編碼信號VE中之一位元選擇編碼信號VE中之剩餘n位元之輸出，以產生多個切換信號VS1以及多個切換信號VS2。

藉由上述設置方式，當輸出信號VA出現偏差時，比較器131會輸出不同狀態的控制信號VC。編碼器332因此輸出不同的編碼信號VE。如此一來，解多工器332會基於編碼信號VE產生對應的多個切換信號VS1以及多個切換信號VS2，以決定開啟對應數量的多個開關SW1與多個開關SW2以傳送相應的電流IU與電流ID至輸出端101。如 先前所述，等效而言，校正輸出信號VA的工作週期可經由電流IU與電流ID被校正至預定的工作週期(例如為50%)。

如先前所述，於另一些實施例中，第3圖中的比較器131亦可在未設置緩衝器140的情況下直接接收輸出信號VA，並比較輸出信號VA與參考信號VREF產生控制信號VC。

上述關於校正器120以及控制電路130的設置方式僅為示例。可用於實現校正器120以及控制電路130的各種類型的數位電路亦為本揭示內容所涵蓋的範圍。

上述各實施例中關於工作週期的數值僅為示例。各種工作週期的數值亦為本揭示內容所涵蓋的範圍。

請參照第4圖，第4圖為根據本揭示內容之一些實施例所繪示一種工作週期產生方法400的流程圖。為易於理解，請一併參照第1圖與第4圖。

如第4圖所示，工作週期產生方法400包含步驟S410、S420以及S430。於步驟S410中，轉換器110根據輸入信號VIN產生輸出信號VA。例如，如第1圖所示，轉換器110配置為一反相器電路，以根據輸入信號VIN產生不同的輸出信號VA。

於步驟S420中，控制電路130基於輸出信號VA與參考信號VREF產生控制信號VC。例如，如第1圖所示，比較器131可比較輸出信號VB與參考信號VREF，以產生控制信號VC，其中輸出信號VB經由緩衝器140根據輸出信號VA產生。

於步驟S430中，校正器120根據控制信號VC產生電流IU以及電流ID，並在不流經轉換器110的情況下傳輸電流IU以及電流ID至輸出端101，以校正輸出信號VA的工作週期。例如，如第1圖所示，電流源電路121與電流源電路122根據控制信號VC選擇性地提供電流IU以及電流ID至輸出端101。其中，電流源電路121與電流源電路122兩者與轉換器110並聯設置於電源102與電源103之間。如此一來，電流IU以及電流ID會在不流經轉換器110的情況下傳送到輸出端101。

綜上所述，本案所提供的工作週期產生裝置100與其工作週期產生方法400可透過產生並聯電流的設置方式以及回授機制來校正輸出信號的工作週期，以改善輸出信號的工作週期的準確度。

雖然本案已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本案，任何熟習此技藝者，在不脫離本案之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本案之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧工作週期產生裝置

110‧‧‧轉換器

120‧‧‧校正器

130‧‧‧控制電路

VIN‧‧‧輸入信號

T1、T2‧‧‧電晶體

102、103‧‧‧電源

101‧‧‧輸出端

IP、IN、IU、ID‧‧‧電流

VREF‧‧‧參考信號

VDD‧‧‧電壓

VA、VB、VOUT‧‧‧輸出信號

104‧‧‧輸出節點

CO‧‧‧輸出電容

VC‧‧‧控制信號

140、150‧‧‧緩衝器

131‧‧‧比較器

CP‧‧‧寄生電容

121、122‧‧‧電流源電路

Claims (10)

1. 一種工作週期產生裝置，包含：一轉換器，用以根據一輸入信號產生具有一工作週期的一第一輸出信號至一輸出端；一校正器，耦接至該輸出端，並用以僅根據一控制信號調整該第一輸出信號的該工作週期，其中該轉換器與該校正電路並聯設置於一第一電源與一第二電源之間；以及一控制電路，耦接至該輸出端，並用以根據該第一輸出信號與一參考信號產生該控制信號。
2. 如請求項1所述的工作週期產生裝置，其中該轉換器包含：一第一電晶體，耦接於該第一電源與該輸出端之間；以及一第二電晶體，耦接於該輸出端與該第二電源之間，其中該第一電晶體與該第二電晶體用以根據該輸入信號輸出該第一輸出信號至該輸出端。
3. 如請求項1所述的工作週期產生裝置，其中該校正器包含：一第一電流源電路，耦接於該第一電源與該輸出端之間，並用以根據該控制信號產生一第一電流至該輸出端；以及一第二電流源電路，耦接於該輸出端與該第二電源之 間，並用以根據該控制信號產生一第二電流，其中該第二電流由該輸出端流經至該第二電源。
4. 如請求項1所述的工作週期產生裝置，其中該控制電路包含：一比較器，用以比較該第一輸出信號與該參考信號，以產生該控制信號至一輸出節點；以及一輸出電容，耦接於該輸出節點。
5. 如請求項4所述的工作週期產生裝置，更包含：一緩衝器，耦接至該輸出端，並用以根據該第一輸出信號產生一第二輸出信號，其中該比較器更用以比較該第二輸出信號與該參考信號，以產生該控制信號。
6. 如請求項1所述的工作週期產生裝置，其中該校正器包含：複數個第一電流源電路；複數個第一開關，耦接於該第一電源與該些第一電流源電路之間，並用以根據複數個第一切換信號導通，其中該些第一電流源電路中每一者用以在該些第一開關中之一對應者導通時，產生一第一電流至該輸出端；複數個第二電流源電路；以及複數個第二開關，耦接於該第二電源與該些第二電流 源電路之間，並用以根據複數個第二切換信號導通，其中該些第二電流源電路中每一者用以在該些第二開關中之一對應者導通時產生一第二電流，且該第二電流由該輸出端流經至該第二電源。
7. 如請求項6所述的工作週期產生裝置，其中該控制電路包含：一比較器，用以根據該第一輸出信號與該參考信號產生該控制信號；一編碼器，用以根據該控制信號產生一編碼信號；以及一解多工器，用以根據該編碼信號產生該些第一切換信號與該些第二切換信號。
8. 一種工作週期產生裝置，包含：一第一電晶體；一第二電晶體，用以協同該第一電晶體根據一輸入信號產生具有一工作週期的一輸出信號至一輸出端；以及一校正器，用以響應於該輸出信號，並僅根據一控制信號產生至少一電流至該輸出端，以調整該輸出信號的該工作週期，其中該至少一電流不流經該第一電晶體與該第二電晶體。
9. 一種工作週期產生方法，包含： 經由一轉換器根據一輸入信號產生一輸出信號至一輸出端；基於該輸出信號與一參考信號產生一控制信號；以及僅根據該控制信號產生至少一電流，並在不流經該轉換器下傳輸該至少一電流至該輸出端，以校正該輸出信號之一工作週期。
10. 如請求項9所述的工作週期產生方法，其中該至少一電流經由一校正器產生，且該校正器與該轉換器並聯耦接於一第一電源與一第二電源之間。