专利名称：一种应用于超高速模数转换器的高速双向时钟树电路的制作方法
技术领域：
本发明是一种用于超高速模数转换器的集成电路，属于集成电路设计与制造 技术领域。
背景技术：
在集成电路领域，时钟树在高速电路中有着广泛的应用。但是由于在芯片实 际制造过程中，由于工艺涨落而导致的误差又是无法避免的。特别是在高速时钟 树应用中，如果误差积累到一定程度，就会引起诸如延时不一致以及占空比失配 等问题，进而造成时钟的不正常工作甚至完全不能工作。
在大部分高速电路应用当中，都需要双向差分时钟，这就对输出时钟的占空 比提出了更精确的要求。
因此，实现在不同工艺偏差的情况下，都能实现精确占空比的双向时钟成为 必须要解决的问题。
发明内容
技术问题本发明采用输入调节电路与缓冲分支结合的方法，利用手动布局 布线，实现抗工艺涨落，对时钟树输出占空比可调的功能，最终输出高速双向时 钟。
技术方案本发明的一种应用于超高速模数转换器的高速双向时钟树电路， 包括输入调节电路(1),中间级缓冲分支(2)和末级缓冲分支(3):该时钟树 电路输入端是一个双端输入，单端输出的一个展空比输入调节电路(1)，其输出 同时接多路中间级缓冲分支(2)的输入端，每一个中间级缓冲分支(2)的输出 端再同时接多路中间级缓冲分支(2)的输入端直至满足所需分支数目的要求， 最后一级中间级缓冲分支(2)的输出端接最后末级缓冲分支(3)的输入端，末 级缓冲分支(3)输出最终两路差分双向时钟。
输入调节电路(1)包括时钟输入的第一场效应管(Ml)、调节输入的第二场 效应管(M2),第一场效应管(Ml)的漏极接输入负载的第三场效应管(M3)的 源极，第二场效应管(M2)的漏极接作为负载的第四场效应管(M4)的源极，第一场效应管(Ml)、第二场效应管(M2)的源级一同接提供偏置电流的第五场效 应管(M5)的源极；作为分压的第六场效应管(M6)的源极分别接作为分压的第 七场效应管(M7)的漏极和栅极以及提供偏置电流的第五场效应管(M5)的栅极， 为提供偏置电流的第五场效应管(M5)的栅极提供偏置电压，输出驱动场效应管 对(M8， M9)的输入端接第二场效应管(M2)的漏极，输出驱动场效应管对(M8， M9)的输出为经输入调节电路后的单端时钟输出。
输入调节电路(1)中，第一场效应管(Ml)、第二场效应管(M2)和第三场 效应管(M3)、第四场效应管(M4)的晶体管栅极宽度与栅极长度之比相同；第 五场效应管(M5)宽长比是第一场效应管(Ml)宽长比的2—4倍，第六场效应 管(M6)宽长比是第七场效应管(M7)宽长比的1. 5_2. 5倍，第八场效应管(M8) 的宽长比是第九场效应管(M9)宽长比的2.5—3倍。
中间级缓冲分支(2)中第十场效应管(M10)宽长比是第十一场效应管(Mil) 宽长比的2.5—3倍，第十二场效应管(M12)宽长比是第十三场效应管(M13) 宽长比的2.5—3倍，第十二PM0S管(M12)宽长比是第十场效应管(M10)宽长 比的3—5倍。
本发明采用在CMOS工艺下，以应用于高速模数转换器(ADC)为例，提出一 种占空比可调的高速时钟树(图1)。利用一个占空比调整电路作为输入级(图2)， 将输入时钟转换为可调占空比时钟输出，后续电路部分采用尺寸有明显差异的反 相器对为缓冲分支单元(图3)，采用手动布线布局，逐步构成具有64路时钟输 出的时钟树电路，最终实现64路良好占空比的差分双向时钟输出。
有益效果本发明具有占用面积小，采用手工布局，布局灵活，可抗工艺涨 落误差的优点。采用输入时钟与控制电平共同输入。可实现在不改变输入时钟速 度和延时的基础上，通过调节控制端电平，达到调节最终输出时钟占空比的目的。
图1为时钟树整体布局图结构。其中有输入调节电路l，中间级缓冲分支
2，末级缓冲分支3。
图2为输入调节电路。
图3为中间级缓冲分支2的结构原理图。
图4为末级缓冲分支3的结构原理图。
具体实施例方式
下面结合附图与具体实施方式
对本发明作进一步详细描述。 如图1所示，输入时钟信号Clk一in和控制输入端Ctrl通过输入调节电路转 换为单路时钟输出。然后利用多级缓冲分支，最终形成所需的所有时钟输出分支。
在版图布局上，采用如图l所示的结构，既可以保证各分支延时相同，也能保证 每一路时钟缓冲分支的输入负载和输出负载完全相同。
其中输入调节电路如图2所示，利用宽长比相同的N管M1， M2转换成不平 衡输入电流，同时宽长比相同的P管M3和M4构成一对电流镜。N管M5为差分 输入对管Ml， M2提供偏置电流。N管M6和M7的栅极和漏极均连接在一起，利 用不同的宽长比构成不同导通电阻为N管M5提供稳定的栅极电压。P管M8和N 管M9，构成一组方向器。将由N管M2漏极和P管M4漏极生成的不平衡电流输 出转变为电压输出Clk_out。
同时，由于在图2中的节点A处，由N管M2漏极生成电流和P管M4漏极生 成电流的差的大小决定了最终时钟输出Clk—out的占空比，那么调整控制输入端 Ctrl的电平高低，就可以实现控制节点A处的电流大小，进而实现对最终输出 时钟占空比的可调。
缓冲分支如图3所示，由P管M10、 M12和N管Mll、 M13构成了一组尺寸相 差较大的反相器对，满足
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其中n为3 — 5之间某个常数，由具体电路需求来决定。
最后一级缓冲分支如图4所示，在高速电路中， 一般都需要差分时钟来驱动 才可正常工作，将最后一级由P管M16和N管M17构成的反相器的输入级和输出 级同时输出，构成一对差分时钟输出C—out—p和C—out—n。其中为了保证相位差 尽可能小，要满足
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其中m为不大于l但接近于l的某个常数，由具体电路需求决定(
5以应用于一个6位的模数转换器(ADC)为例，如图1所示，共需64路时钟 树分支。输入时钟Clkjn和Ctrl经输入调节电路转换为单路时钟，然后同时驱 动四路缓冲分支，每一路缓冲分支输出再驱动四路缓冲分支，以此方法分支，最 终通过共三级驱动，形成共64路时钟树分支输出。其中n取4， m取0.8。
这样，即使存在输入端直流偏移、后续时钟分支电路中的缓冲分支由于工 艺涨落引入误差以及电路版图中的寄生参数等会导致时钟占空比的恶化等不利 因素，均可以在输入端通过调整直流电平，达到调整最终时钟输出C_out—p和 C—out_n占空比目的，从而实现可抗工艺涨落的双向时钟树。
权利要求
1、一种应用于超高速模数转换器的高速双向时钟树电路，包括输入调节电路(1)，中间级缓冲分支(2)和末级缓冲分支(3)，其特征在于该时钟树电路输入端是一个双端输入，单端输出的一个展空比输入调节电路(1)，其输出同时接多路中间级缓冲分支(2)的输入端，每一个中间级缓冲分支(2)的输出端再同时接多路中间级缓冲分支(2)的输入端直至满足所需分支数目的要求，最后一级中间级缓冲分支(2)的输出端接最后末级缓冲分支(3)的输入端，末级缓冲分支(3)输出最终两路差分时钟。
2、 如权利要求1所述的一种应用于超高速模数转换器的高速双向时钟树电 路，其特征在于输入调节电路(1)包括时钟输入的第一场效应管(Ml)、调节输 入的第二场效应管(M2)，第一场效应管(Ml)的漏极接输入负载的第三场效应 管(M3)的源极，第二场效应管(M2)的漏极接作为负载的第四场效应管(M4) 的源极，第一场效应管(Ml)、第二场效应管(M2)的源级--同接提供偏置电流 的第五场效应管(M5)的源极；作为分压的第六场效应管(M6)的源极分别接作 为分压的第七场效应管(M7)的漏极和栅极以及提供偏置电流的第五场效应管(M5)的栅极，为提供偏置电流的第五场效应管(M5)的栅极提供偏置电压，输 出驱动场效应管对(M8， M9)的输入端接第二场效应管(M2)的漏极，输出驱动 场效应管对(M8， M9)的输出为经输入调节电路后的单端时钟输出。
3、 如权利要求2所述的应用于超高速模数转换器的高速双向时钟树电路， 其特征在于，输入调节电路(1)中，第一场效应管(Ml)、第二场效应管(M2) 和第三场效应管(M3)、第四场效应管(M4)的晶体管栅极宽度与栅极长度之比 相同；第五场效应管(M5)宽长比是第一场效应管(Ml)宽长比的2 — 4倍，第 六场效应管(M6)宽长比是第七场效应管(M7)宽长比的1.5 — 2.5倍，第八场 效应管(M8)的宽长比是第九场效应管(M9)宽长比的2.5 — 3倍。
4、 如权利要求1所述的应用于超高速模数转换器的高速双向时钟树电路， 其特征在于，中间级缓冲分支(2)中第十场效应管(M10)宽长比是第十一场效 应管(Mil)宽长比的2.5 — 3倍，第十二场效应管(M12)宽长比是第十三场效 应管(M13)宽长比的2.5 — 3倍，第十二PM0S管(M12)宽长比是第十场效应管(M10)宽长比的3 — 5倍。
全文摘要
本发明基于CMOS工艺，提供了一种应用于超高速模数转换器的高速双向时钟树电路。该时钟树电路输入端是一个双端输入，单端输出的一个展空比输入调节电路(1)，其输出同时接多路中间级缓冲分支(2)的输入端，每一个中间级缓冲分支(2)的输出端再同时接多路中间级缓冲分支(2)的输入端直至满足所需分支数目的要求，最后一级中间级缓冲分支(2)的输出端接最后末级缓冲分支(3)的输入端，末级缓冲分支(3)输出最终两路差分时钟。该电路采用手工布局，结构简单、对称。采用时钟与控制电平共同输入，实现在不同工艺偏差前提下，通过对输入控制电平的调节，最终输出良好占空比的高速双向时钟，实现抗工艺涨落双向时钟树。
文档编号H03K5/13GK101582685SQ200910026649
公开日2009年11月18日 申请日期2009年5月8日 优先权日2009年5月8日
发明者刘海涛, 凯 唐, 桥 孟, 翼 张, 王志功, 郭晓丹 申请人:东南大学