[发明专利]以环振荡器产生多相位时钟脉冲信号的装置及方法

说明书

技术领域

本发明是关于一种高频率多相位的环振荡器，尤指以新的装置与方法借助非全摆动信号的内插，来产生高频率多相位振荡器。

背景技术

多相位振荡器(multi-phase oscillator，MPO)在许多数据传输应用上扮演重要的脚色，目前已有提出许多方法来实现多相位振荡器电路。例如，环振荡器(ring oscillator)即是一种备有奇数(odd)个反相器(inverter)串接的振荡器，因为奇数个层级串接，因此反相器输出的信号则会在高(high)/低(low)间振荡。然而，传统的环振荡器配置只能产生奇数个多相位信号(multi-phase signal)；而环振荡器另外一个问题是，在环振荡器内串联的反相器数目太多，将导致无法获得高频振荡。

美国专利第5,592,126号揭示一种多相位输出振荡器，其包含一些振荡器电路以串连耦接方式形成环状结构，其中，每一个振荡器内还包括多个互连的反相器，此多相位输出振荡器结构可产生偶数个(even-number)多相位信号。

美国专利第6,870,431号揭示一种具有多相位互补输出的振荡器，其包含一第一多个单端放大器串连以形成一输入端与一输出端、一第二多个单端放大器串连以形成一输入端与一输出端。而此第一多个单端放大器与第二多个单端放大器还通过反馈路径(feedback path)与锁定电路(locking circuit)进一步互连，以产生多相位互补的信号。

其它常见的方法是利用内插法(也称作相位混合(phase-blending))，在多个输入信号中利用内插产生多相位时钟脉冲信号。图1说明传统单级(single-stage)相位混合电路的一个示意图。参考图1，此四个相位混合电路(a)-(d)具有输入信号ΦA、ΦB以及输出信号ΦA、ΦB、ΦAB，其中信号ΦAB是由信号ΦA、ΦB之间经过内插而产生的。例如，IEEE Journal of Solid-State Circuits，vol.34，No.5(May 1999)，揭示一种高速CMOS接口电路的可携式(portable)数字延迟锁定回路(delay locked loop，DLL)。

然而，内插法(interpolation approach)有一个问题是，通常在相位内插信号上，无法内插出精准的信号，这是因为输入信号为全摆动(full swing)信号，要从两个全摆动相邻输入信号之间内插出精准位于两相邻相位信号中间的信号是很困难的。

一种常用来解决上述的相位不精准的问题，则是在输入信号上增加负载(loading)，如增加电容器。增加负载可让输入信号变成非全摆动(non-full swing)信号，此可改进信号内插时的相位精准度。例如IEEE Journal of Solid-StateCircuits，vol.35，No.11(November 2000)，揭示一种1.3周期锁定时间、非锁相回路/延迟锁定回路时钟脉冲乘法器，其根据以时钟脉冲周期内插产生即取时钟脉冲(clock on demand)，但是此方法则会因外加的电容器，其在工艺参数的变异所造成的不稳定与电位偏移，而让信号的精准度降低。

综上所述，提供一种准确与稳定相位内插来产生多相位信号以提供各种不同数据传输应用，并且可方便、简单制造的多相位振荡器是有其必要性。

发明内容

本发明的目的是克服前述传统多相位振荡器的缺点而提供一种以环振荡器产生多相位时钟脉冲信号(multi-phase clock signals)的装置与方法，其产生的信号的相位精准且容易被控制。

本发明的以环振荡器产生多相位时钟脉冲信号的装置与方法，不需外加电容器作为外加的负载来产生非全摆动信号。由于不需外加电容器作为负载，本发明可避免环振荡器的工艺中所造成的电路不稳定性。

本发明的以环振荡器产生多相位时钟脉冲信号的装置包含一第一级相位混合模块(first stage phase-blender module)与一第二级相位混合模块(secondstage phase-blender module)。而第一级相位混合模块还包括了多个差动运算放大器相位混合电路(differential OP phase-blender circuit)，每一个差动运算放大器相位混合电路备有2个输入信号，以及一输出信号，此输出信号的相位是内插介于两个输入信号之间。