CN106026979A - 一种自适应占空比检测调整接收器及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种自适应占空比检测调整接收器及其控制方法，能够消除接收器输出信号的占空比问题。所述接收器包括依次连接的偏置电路，第一级放大电路，第二级放大电路和占空比动态检测电路；第一级放大电路包括依次连接的偏置管、输入对管和负载电阻阵列；偏置管的栅端连接偏置电路；负载电阻阵列包括始终接入输入对管漏端的主负载电阻和选择性接入输入对管漏端的可编程电阻阵列；占空比动态检测电路包括依次连接的占空比检测电路、数字编码比较器和解码器；解码器输出两路分别采用正向编码和反向编码的控制码连接可编程电阻阵列，正向编码和反向编码的控制码分别控制输入对管两个漏端上的可编程负载电阻阵列的接入或短路。
Description
技术领域
本发明涉及应用于动态随机存取存储器接收器中的占空比调节技术，具体为一种自适应占空比检测调整接收器及其控制方法。
背景技术
DRAM(Dynamic Random Access Memory)，即动态随机存取存储器，最为常见的系统内存。DRAM只能将数据保持很短的时间。为了保持数据，DRAM使用电容存储，所以必须隔一段时间刷新(refresh)一次，如果存储单元没有被刷新，存储的信息就会丢失。但是电容不可避免的存在漏电现象，如果电荷不足会导致数据出错，因此电容必须被周期性的刷新(预充电)，这也是DRAM的一大特点。而且电容的充放电需要一个过程，刷新频率不可能无限提升(频障)，这就导致DRAM的频率很容易达到上限，即便有先进工艺的支持也收效甚微。
既然存储单元的频率(简称内核频率，也就是电容的刷新频率)不能无限提升，那么就只有在I/O(输入输出)方面做文章，通过改进I/O单元，这就诞生了DDR1/2/3/4、GDDR1/2/3/4/5等形形色色的内存种类。但是随着时钟频率的提升，DRAM控制器输出阻抗(ODT)，传输信道之间的布线和阻抗失配，以及芯片制作工艺，电源电压和工作环境温度等差异引起的DRAM芯片的输入信号占空比发生恶化，共模电压发生偏离等，而共模电压偏离也会引起DRAM接收器的输出信号产生更加严重的占空比恶化，而这种情况在高频情况下由于信号传输能量的损失显现的更为严重。
现有的DRAM芯片通过延迟锁相环(DLL)实现输出时钟的占空比校准，但是随着时钟频率的提升DRAM输入信号的恶化，当时钟还未到达DLL时时钟脉冲就可能已经消失，或者在到达DLL之前占空比已经恶化到DLL无法校准的程度，这样都会引起DRAM芯片的功能失效。因此需要我们在信号进入DRAM芯片时就能够得到信号完整性的修复，只有这样才能保证整个DRAM芯片在高的时钟频率下正常工作。如图1所示，现有DRAM中接收器的结构示意图，由接收器偏置电路和接收器主体电路组成。偏置电路中的分压电路和负反馈回路将接收器的第一级输出共模电平通过偏置电压(VBIAS)限制在一个固定范围内。现有的接收器结构，能够正常接收输入信号，但是对输入信号占空比的偏差无法进行修正调节。并且当接收器的偏置电路和接收器主体电路存在失配，接收器本身也会引入信号占空比偏差，这样就使得输出信号的占空比更加恶化，而接收器本身又无法检测到这样的变化，因此无法对接收器进行调整，从而导致接收器输出信号占空比存在严重问题。而信号完整性的恶化会直接影响后续信号处理的功能，数据的有效时间窗口，更严重者会导致系统功能失败(setup/hold fail，pulse fail)和芯片量产时的良率，尤其是在高数据率的DDR4/LPDDR4中，时钟频率在2GHz以上。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种自适应占空比检测调整接收器及其控制方法，消除了由于各种非理想因素引入的占空比偏差，保证了系统的正常工作。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种自适应占空比检测调整接收器，包括依次连接的偏置电路，第一级放大电路，第二级放大电路和占空比动态检测电路；第一级放大电路包括依次连接的偏置管、输入对管和负载电阻阵列；偏置管的栅端连接偏置电路；负载电阻阵列包括始终接入输入对管漏端的主负载电阻和选择性接入输入对管漏端的可编程电阻阵列；占空比动态检测电路包括依次连接的占空比检测电路、数字编码比较器和解码器；解码器输出两路分别采用正向编码和反向编码的控制码连接可编程电阻阵列，正向编码和反向编码的控制码分别控制输入对管两个漏端上的可编程负载电阻阵列的接入或短路。
优选的，占空比动态检测电路上接入有使能输入信号，使能输入信号用于控制自适应占空比检测和固定时序条件下的占空比检测。
优选的，占空比检测电路包括依次连接在第二级放大电路输出端的相位分离电路、正/负脉宽产生及时序控制电路和高脉冲宽度-数字编码转换器；
正/负脉宽产生及时序控制电路输出端输出的两条单独的正脉宽支路和负脉宽支路；正脉宽支路和负脉宽支路上分别连接高脉冲宽度-数字编码转换器，两个高脉冲宽度-数字编码转换器分别输出正/负脉冲宽度信息对应的数字编码信息；
数字编码比较器用于对输出的两个数字编码信息进行编码比较，并输出比较结果；解码器用于将比较结果解码为两路控制码。
优选的，输入对管上每个漏端的负载电阻依次串联，每个负载电阻均并联有开关管，开关管的开闭由控制码控制。
优选的，解码器上接入有控制方式信号，用于选择对可编程电阻阵列中进行仅控制一个输入端上负载电阻的单边控制或同时控制两个输入端上负载电阻的双边控制。
一种自适应占空比检测调整接收器控制方法，基于本发明所述的接收器，包括如下步骤，
步骤1，通过占空比检测电路对第二级放大电路的输出信号进行占空比采样，并产生带有脉宽信息的温度计码；
步骤2，通过数字编码比较器对温度计码进行比较，利用解码器将数字编码比较器输出结果的温度计码进行译码，编译成二进制码；
步骤3，将译码后二进制码作为控制信号控制第一级放大电路中的负载电阻阵列，通过对可编程电阻阵列中的负载电阻进行调整来调节接收器输出信号的占空比，实现占空比的调节。
优选的，编译成二进制码包括一组互补的数字控制码，分别控制第一级放大电路中两条支路上的负载电阻阵列。
进一步，一组互补的数字控制码在初始时都设置在相同的编码处，当占空比检测电路开始工作后，根据输入信号占空比的信息调整两个数字控制码的编码值；两个数字控制码编码值的变化方向相反。
优选的，步骤1的具体步骤如下，
步骤1.1，将第二级放大电路输出信号作为占空比动态检测电路的输入信号，通过相位分离电路将单端信号转换成双端信号；
步骤1.2，通过正/负脉宽产生及时序控制电路将双端信号转换成两条单独的正脉宽支路和负脉宽支路，两个支路分别包含输入信号的高脉宽信息和低脉宽信息；
步骤1.3，通过高脉冲宽度-数字编码转换器分别将正/负脉冲宽度信息转换成对应的数字编码信息，完成温度计码的生成。
进一步，通过接入相位分离电路的使能输入信号控制占空比动态检测电路进行自动检测占空比并进行自适应调整或在DRAM固定时序内进行输入信号占空比的调整；通过接入解码器的控制方式信号控制占空比动态检测电路对负载电阻阵列进行单边控制或双边控制。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明通过在第二级放大电路输出端设置的占空比动态检测电路，对第一级放大电路中设置的负载电阻阵列进行控制，形成反馈回路，从而能够消除由于DRAM控制器输出阻抗(ODT)，传输信道之间的布线和阻抗失配，以及芯片制作工艺，电源电压和工作环境温度等差异引起的接收器输出信号的占空比问题，使得接收器的输出信号经过接收器占空比检测环路后恢复成较为理想的数据时钟信号。通过对第二级放大电路输出的实时采集，实时检测调整和追踪输入信号占空比的变化，也可以在固定系统时序内进行检测校准，实现了DRAM接收器输出信号的占空比动态校准，并满足不同系统设计要求。
进一步的，通过可编程电阻阵列的设置，以及对占空比信号的处理，实现了可编程的动态调节方式，在不影响接收器的稳定性前提下，对占空比动态检测环路的输出控制编码进行了可编程设计，既能够进行对电阻阵列进行单边控制，又可以对电阻阵列进行双边控制，从而能够满足不同设计规格对占空比动态检测范围的要求。
附图说明
图1是现有技术中接收器的结构示意图。
图2是本发明实例中所述接收器的结构示意图框图。
图3是本发明实例中所述占空比动态检测电路的结构示意图框图。
图4是本发明实例中所述占空比动态检测电路的原理示意图。
图5是本发明实例中所述解码电路输出编码的控制方式。
图6是本发明实例中所述的负载电路阵列的结构示意图。
图中：10为偏置电路，20为第一级放大电路，30为负载电阻阵列，31为可编程电阻阵列，32为主负载电阻，40为第二级放大电路，50为占空比动态检测电路。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明解决输入信号在接收器(Receiver)中的信号完整性修复问题，提供一种对DRAM输入信号占空比进行修正的检测调整电路和方法。
本发明一种自适应占空比检测调整接收器，如图2所示，其至少包括偏置电路10，第一级放大电路20，第二级放大电路40和占空比动态检测电路50；第一级放电电路20中的负载电阻设置为负载电阻阵列30；
偏置电路10由片上有源电路产生的偏置电压信号，连接于接收器的第一级放大电路20和第二级放大电路40，为其提供直流偏置。
第一级放大电路20是由输入对管，偏置管和负载电阻构成。负载电阻设置为负载电阻阵列30，负载电阻阵列30又分割成为主负载电阻32和可编程电阻阵列31，主负载电阻32保证接收器的功能完整性，可编程负载阵列31实现信号占空比的校准功能。
第二级放大电路40的输出端与占空比动态检测电路50的输入端相连接。占空比动态检测电路50的输出控制码与可编程电阻阵列31相连接，采用正向和反向编码进行高效率校准。
占空比动态检测电路50采用使能输入信号控制，从而实现自适应占空比检测和固定时序条件下的占空比检测，更加方便有效率。解码器上接入的控制方式信号可以选择对可编程电阻阵列31实行单边控制还是双边控制方式，增加了控制灵活性。占空比动态检测电路50的输入端位置的不同，不限于仅用于接收器第二级输出信号占空比的检测，可以扩展到更深层次的电路路径里来实现占空比的校准。
本发明是在现有电路结构基础上实现的，如图2所示，通过将第二级放大电路40的输出信号进行占空比采样产生带有脉宽信息的温度计码，并通过数字编码比较器进行比较，最后将数字编码比较器输出结果的温度计码进行译码，编译成效率更高的二进制码，译码后的控制信号来控制第一级放大电路20中的负载电阻阵列30，通过对负载电阻阵列30进行调整来调节接收器输出信号的占空比，从而实现占空比的调节。本发明采取对接收器第二级而(非第一级)输出进行采样的原因是接收器第二级也存在失配等问题，这样可以通过调节第一级来消除第二级中的失配问题，降低了接收器第二级的设计难度和要求。在占空比校准过程中，通过一组互补的数字控制码来调节接收器第一级放大电路20的两条支路负载电阻，采用两条支路同时调节的目的是提高占空比调节范围和调节精度。或仅调节一条支路也可达到校准的功能。
具体的，如图2和图3所示，首先将接收器第二级放大电路40输出信号作为占空比动态检测电路50的输入信号，通过相位分离电路将单端信号转换成双端信号，再通过正/负脉宽产生及时序控制电路将输入信号转换成两条单独的正脉宽和负脉宽支路，两个支路分别包含输入信号的高脉宽信息和低脉宽信息，然后再经过高脉冲宽度-数字编码转换器(TDC)分别将正/负脉冲宽度信息转换成对应的数字编码信息，再通过数字编码比较器对脉宽编码进行比较，并将产生的比较结果进行解码后控制接收器第一级放大电路20中的可编程电阻阵列31，来控制接收器输出信号的上升/下降时间，从而达到校准功能。使能输入信号使占空比动态检测电路50能够实现自动检测占空比并进行自适应调整；又可实现在DRAM固定时序内进行输入信号占空比的调整，方便有效。控制方式信号可以对负载电阻阵列进行单边控制，也可对负载电阻进行双边控制，增加了控制方式的灵活性。
第二级放大电路40输出信号CLK经过占空比检测电路后产生高低脉宽的数字编码。如图4所示，其中CLK信号的高电平脉宽大于低电平脉宽(也即占空比大于50％)情况，此时输入信号的高脉宽部分量化出来的编码中‘1’的个数大于输入信号的低脉宽部分量化出来的‘1’的个数，因此这两组高低脉宽编码信息就包含了输入信号的高低脉宽信息。将此高低脉宽编码信息通过数字编码比较器进行比较和解码，从而产生控制接收器可编程电阻阵列31增加或者减少的控制信号。
占空比动态检测电路50包括依次连接的占空比检测电路，以及数字编码比较和解码电路，如图5所示，占空比检测电路的输出高低脉宽编码经过数字编码比较器和解码电路后输出数字控制信号Code P和Code N，输入到如图6所示的接收器第一级放大电路20中的负载电阻阵列30中。Code P和Code N在初始时都设置在相同的编码处(系统reset后)，当占空比检测电路开始工作后，根据输入信号占空比的信息(大于50％或者小于50％)，来调整Code P和Code N的编码值。在任何情况下Code P和Code N的值的变化方向都是相反的。从而达到高调整精度和大的调整范围的目的。负载电阻阵列30包含固定的主负载电阻32和可编程电阻阵列31，固定的主负载电阻30是为了维持基本接收器直流和交流特性所要求的部分不可变动，否则会引起接收器功能问题。可编程电阻阵列31可根据调节精度和调节范围要求进行控制位数的选择。
Claims (10)
1.一种自适应占空比检测调整接收器，其特征在于，包括依次连接的偏置电路(10)，第一级放大电路(20)，第二级放大电路(40)和占空比动态检测电路(50)；
所述的第一级放大电路(20)包括依次连接的偏置管、输入对管和负载电阻阵列(30)；偏置管的栅端连接偏置电路(10)；负载电阻阵列(30)包括始终接入输入对管漏端的主负载电阻(32)和选择性接入输入对管漏端的可编程电阻阵列(31)；
所述的占空比动态检测电路(50)包括依次连接的占空比检测电路、数字编码比较器和解码器；解码器输出两路分别采用正向编码和反向编码的控制码连接可编程电阻阵列(31)，正向编码和反向编码的控制码分别控制输入对管两个漏端上的可编程负载电阻阵列的接入或短路。
2.根据权利要求1所述的一种自适应占空比检测调整接收器，其特征在于，占空比动态检测电路(50)上接入有使能输入信号，使能输入信号用于控制自适应占空比检测和固定时序条件下的占空比检测。
3.根据权利要求1所述的一种自适应占空比检测调整接收器，其特征在于，占空比检测电路包括依次连接在第二级放大电路(40)输出端的相位分离电路、正/负脉宽产生及时序控制电路和高脉冲宽度-数字编码转换器；
正/负脉宽产生及时序控制电路输出端输出的两条单独的正脉宽支路和负脉宽支路；正脉宽支路和负脉宽支路上分别连接高脉冲宽度-数字编码转换器，两个高脉冲宽度-数字编码转换器分别输出正/负脉冲宽度信息对应的数字编码信息；
数字编码比较器用于对输出的两个数字编码信息进行编码比较，并输出比较结果；解码器用于将比较结果解码为两路控制码。
4.根据权利要求1所述的一种自适应占空比检测调整接收器，其特征在于，输入对管上每个漏端的负载电阻依次串联，每个负载电阻均并联有开关管，开关管的开闭由控制码控制。
5.根据权利要求1所述的一种自适应占空比检测调整接收器，其特征在于，解码器上接入有控制方式信号，用于选择对可编程电阻阵列(31)中进行仅控制一个输入端上负载电阻的单边控制或同时控制两个输入端上负载电阻的双边控制。
6.一种自适应占空比检测调整接收器控制方法，基于权利要求1所述的接收器，其特征在于，包括如下步骤，
步骤1，通过占空比检测电路对第二级放大电路(40)的输出信号进行占空比采样，并产生带有脉宽信息的温度计码；
步骤2，通过数字编码比较器对温度计码进行比较，利用解码器将数字编码比较器输出结果的温度计码进行译码，编译成二进制码；
步骤3，将译码后二进制码作为控制信号控制第一级放大电路(20)中的负载电阻阵列(30)，通过对可编程电阻阵列(31)中的负载电阻进行调整来调节接收器输出信号的占空比，实现占空比的调节。
7.根据权利要求6所述的一种自适应占空比检测调整接收器控制方法，其特征在于，编译成二进制码包括一组互补的数字控制码，分别控制第一级放大电路(20)中两条支路上的负载电阻阵列。
8.根据权利要求7所述的一种自适应占空比检测调整接收器控制方法，其特征在于，一组互补的数字控制码在初始时都设置在相同的编码处，当占空比检测电路开始工作后，根据输入信号占空比的信息调整两个数字控制码的编码值；两个数字控制码编码值的变化方向相反。
9.根据权利要求6所述的一种自适应占空比检测调整接收器控制方法，其特征在于，步骤1的具体步骤如下，
步骤1.1，将第二级放大电路(40)输出信号作为占空比动态检测电路(50)的输入信号，通过相位分离电路将单端信号转换成双端信号；
步骤1.2，通过正/负脉宽产生及时序控制电路将双端信号转换成两条单独的正脉宽支路和负脉宽支路，两个支路分别包含输入信号的高脉宽信息和低脉宽信息；
步骤1.3，通过高脉冲宽度-数字编码转换器分别将正/负脉冲宽度信息转换成对应的数字编码信息，完成温度计码的生成。
10.根据权利要求9所述的一种自适应占空比检测调整接收器控制方法，其特征在于，通过接入相位分离电路的使能输入信号控制占空比动态检测电路(50)进行自动检测占空比并进行自适应调整或在DRAM固定时序内进行输入信号占空比的调整；通过接入解码器的控制方式信号控制占空比动态检测电路(50)对负载电阻阵列进行单边控制或双边控制。
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