摘要: 本应用简介描述了用于构建和校准/补偿新一代全硅延迟线的技术。econoscillator和延迟线都使用补偿压控延迟线(VCDL)方案来产生必要的时间延迟,以建立延迟线和精密全硅振荡器。本应用程序概要提供了这些设备中使用的架构的详细概述。采用这种架构的器件包括DS1100、DS1135、DS1110、DS1077、DS1085和DS1086。
在八十年代早期,达拉斯半导体公司是第一家开发全硅延迟线的公司。这为当时使用的模块化延迟线提供了一种更小、更具成本效益的替代方案。
老一代DS1000延迟线。
第一批达拉斯延迟线由一个基于rc的斜坡发生器和一个比较器电路组成,当达到斜坡发生器的一定电压水平时,比较器电路将延迟线输出转换。校准是在工厂的晶圆水平上进行的,使用激光吹断一系列保险丝,直到达到所需的延迟。没有提供温度补偿。
如今,这一代的生产线更加复杂。Maxim/Dallas全硅延迟线包含一种新颖的电路,由电压控制延迟线(VCDL)与补偿电路一起使用,以减少由工艺、温度和电压变化引起的延迟变化。
制造一条硅延迟线并不难。任何逻辑门都有传播延迟,可以用作延迟线。困难的部分是建立一个延迟线,可以精确地设置一个特定的延迟期,在工艺、温度和电压的变化中保持一致。稳定这些延迟时间需要一个独立于这些参数的补偿方案。
这样做的一种方法是使用反馈,确定延迟误差并使用该误差生成一个纠正输入回延迟线。这需要一种测量延迟误差的方法和一种控制延迟时间的方法。控制逻辑门延迟时间的一种简单方法是改变电源电压。一般来说,电压越高,通过栅极的延迟越短。
图1所示。压控延迟线(VCDL)
测量延迟时间和确定延迟误差需要做更多的工作。测量延迟时间最简单的方法是将其转换为更容易测量的东西,如频率。如果你从延迟线取输出,将其反相并将其反馈到它的输入中,你就得到了一个频率为1/2的振荡器道明,在那里道明是通过延迟线的总延时。在这种情况下,我们有一个基于VCDL的压控振荡器(VCO)。图2).
图2。基于VCDL的VCO。
如果我们有一个精确的频率参考(我们没有),可以实现锁相环将VCO的频率锁定在参考频率上,使其具有相同的精度。这被称为延迟锁定循环(DLL)。在硅世界中还有其他参考,例如电压参考,可以在生产时校准到非常精确的水平。
鉴于此,我们有所有的元素来建立一个补偿延迟线。图3显示DS1135三合一延迟线的框图。
图3。基于锁迟环技术的延迟线(DS1135)。
在电路(图3)中,振荡器输出被反馈到一个电压控制的电阻中,该电阻由一个固定的电流源偏置。控制电阻实际上是一个开关电容电路,其直流电阻与反馈频率成反比。随着频率的增加,电压下降。该电压与由匹配的电流源和固定电阻(Rref)组成的固定电压基准进行比较。Rfreq经过校准,以匹配Rref在温度和电压下的特性。比较器的输出经过滤波并提供压控振荡器的驱动电压。随着频率的增加,vfrequency相对于Vref降低,降低了进入VCO的驱动电压,降低了频率。当频率降低时,相反的情况发生,频率增加。频率的稳定性等于Rref的稳定性。Rref是一个精度基准,它是稳定的过电压和温度和电压。控制回路迫使rfrequency等于Rref。这个控制回路也否定了由工艺、温度和电压变化引起的电路延迟部分的变化。
但是这个电路不能单独用作延迟线。它确实制造了一个稳定的振荡器,并且是Dallas Semiconductors econoscillator 中使用的电路。幸运的是,同一块硅上的延迟单元与VCO中使用的延迟单元具有几乎相同的特性(图3)。输入VCDL(配置为VCO)的控制电压对这些其他独立延迟单元具有相同的影响。因此,即使它们是开环操作,施加到它们上的控制电压也会对VCO中配置的延迟单元产生相同的影响,为过程、温度和电压引起的变化提供补偿。
这些单独的延迟单元可以连接在一起,形成像DS1100一样的抽头延迟线,或者它们可以像在DS1135中一样独立使用。DS1077 econoscillator仅将振荡器部分与可编程分频链结合使用,以提供客户可配置的全硅振荡器。将该电路与控制VCO控制电压的DAC相结合,就产生了像DS1085这样的全量程频率合成器。
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