內建式抖動(dòng)測量技術(shù)（中）

作者：時(shí)間：2017-01-09 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )

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抖動(dòng)放大電路設計架構 [7] [8]

《圖九抖動(dòng)放大電路之架構圖與時(shí)序圖》

周期對周期抖動(dòng)量即為后一個(gè)周期邊緣En+1和前一個(gè)周期邊緣En之相位誤差，因此若要實(shí)現抖動(dòng)量放大就必需將En和En+1間之邊緣時(shí)間差拉大。在本文中將采用電流對負載充放電之原理來(lái)達到抖動(dòng)放大之功能。我們以圖九來(lái)說(shuō)明其操作原理。

抖動(dòng)放大電路基本上是由兩組不同電流量之電荷幫浦（Charge Pump；CP）與決策電路（Decision Circuit；DC）所組成，而分別由待測訊號SUT、一個(gè)周期延遲后之訊號SUTd與兩者之組合來(lái)控制。其最基本的想法為利用不同充電斜率（即充電速度）搭配訊號不同起始點(diǎn)（即轉態(tài)邊緣）之特性，來(lái)合成出具有較大抖動(dòng)量的時(shí)脈邊緣。而為了清楚解釋其放大原理，我們將SUT（S）與SUTd（（Sd）依相位關(guān)系區分成四個(gè)區間，然后分別探討在不同區間內的操作情形。如表一所示。

(表一) 電荷幫浦操作狀態(tài)表

搭配圖九與表一之敘述，從中可以得知在初始狀態(tài)時(shí)因SUT與SUTd為低電位，開(kāi)關(guān)皆turn off，所以并無(wú)任何電流對負載做充電因此輸出結果（f1、f2）將為低電位（VL）。但若當兩個(gè)phase間有抖動(dòng)存在時(shí)，SUT會(huì )為高電位而SUTd為低電位。此時(shí)f1會(huì )以（n+1）倍的電流對負載充電pull up，而f2因S3 turn off所以將保持前一狀態(tài)的低電位。接著(zhù)經(jīng)過(guò)Δτ的時(shí)間后，SUTd也pull high，促使S3 turn on、S1 turn off，此時(shí)f1和f2將一起以I的速度往高電位移動(dòng)。但是仔細觀(guān)察Region II和Region III之過(guò)程，因在Δτ的這段時(shí)間里f1先以較快的速度啟動(dòng)，若Region III在相同充電的斜率條件下（電流量皆為I）其會(huì )先到達穩態(tài)位準；而接著(zhù)再經(jīng)過(guò)n*Δτ時(shí)間后，f2才也會(huì )到達此位準。此時(shí)從圖九中可以看出f1、f2與所設定的臨界電壓（Vth）有兩個(gè)交點(diǎn)，若用兩組決策電路將轉態(tài)點(diǎn)判斷出來(lái)即可產(chǎn)生兩組不同相位差的輸出訊號（Out1、Out2）。所以利用上述之條件，我們可以簡(jiǎn)單以公式一來(lái)表示出輸出與輸入間的關(guān)系：

《公式一》

其中fOUT為Out1、Out2間的相位差（放大后之周期對周期抖動(dòng)量）、fIN為SUT、SUTd間的相位差（放大前之周期對周期抖動(dòng)量），而A即代表放大倍率。

利用上述概念，本創(chuàng )作即可將時(shí)脈訊號之周期對周期抖動(dòng)量加以放大，來(lái)彌補時(shí)間-數位轉換電路的不足。然而單純光靠電流充電能力的行為模式來(lái)達成放大目的，會(huì )面臨電路操作瓶頸進(jìn)而導致測試誤差產(chǎn)生，例如放大倍率的非線(xiàn)性或是操作頻率變化等，接下來(lái)我們會(huì )針對這些效應提出解決之道。

抖動(dòng)放大電路及Pulse Remover設計的分析
(表二) 符號表示

在抖動(dòng)放大電路基本設計中，因為是使用電流對負載充放電之速率來(lái)達到抖動(dòng)放大，因此先針對充放電位準以及時(shí)間作定義。如表二所示。

圖十(a)中，通常抖動(dòng)放大電路在低速率操作時(shí)，因其抖動(dòng)量相較于半個(gè)周期時(shí)間所占的比例較小，因此電荷幫浦輸出（f1、f2）到達高穩態(tài)點(diǎn)時(shí)間（ts1、ts2）通常會(huì )小于負緣轉態(tài)點(diǎn)時(shí)間tf。

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