用于数字控制振荡器(DCO)的开环电压调节和漂移补偿的制作方法

本申请要求享有2014年9月26日提交的题为“OPEN-LOOP VOLTAGE REGULATION AND DRIFT COMPENSATION FOR DIGITALLY CONTROLLED OSCILLATOR(DCO)”的美国专利申请No.14/498728的优先权，在此通过引用将该美国专利申请的全部公开内容并入本文。

技术领域

本发明的实施例总体涉及电子电路的技术领域，更具体而言，涉及用于数字控制振荡器(DCO)的开环电压调节和漂移补偿。

背景技术：

本文提供的背景技术描述用于一般性地呈现本公开的语境。在本背景技术部分以及在提交时本来不能作为现有技术的说明书的各方面中描述的程度上，当前署名的发明人的工作既不明确也不暗示被接纳为与抵抗本公开的现有技术。除非本文另行指出，本节中描述的方法都不是本公开中的权利要求的现有技术，且不会通过被包括在本节中而被接纳为现有技术。

很多数字控制振荡器(DCO)包括环形振荡器。然而，环形振荡器典型包括对电源噪声的高灵敏度(例如，振荡器的频率随着电源电压变化而显著变化)和高的固有抖动。

附图说明

通过以下详细描述结合附图，将容易理解实施例。为了方便本描述，相似的附图标记指明相似的结构元件。通过举例而非限制的方式，在附图的各图中例示了实施例。

图1示意性示出了根据各实施例的包括数字控制振荡器(DCO)、开环电压调节器和校准电路的电路。

图2示出了根据各实施例的示例性DCO。

图3示出了根据各实施例的示例性方法。

图4示出了根据各实施例的被配置为采用本文所述的设备和方法的示例性系统。

具体实施方式

在以下详细描述中，参考了形成详细描述的一部分的附图，其中相似的附图标记在所有图中指明相似的部分，并且其中通过例示的方式示出了可以实践的实施例。要理解的是可以利用其它实施例，并且可以做出结构或逻辑上的改变而不脱离本公开的范围。因此，不应以限制性意义理解以下详细描述，并且实施例的范围由所附权利要求及其等同物来限定。

各种操作可以以对理解所主张的主题有最大帮助的方式被描述为多个相继的分立动作或操作。然而，描述的次序不应被解释为暗示这些操作必然依赖于次序。具体而言，这些操作可以不按照给出的次序执行。可以按照与所述实施例不同的次序执行所述操作。在额外的实施例中，可以执行各种额外的操作和/或可以省略所述操作。

出于本公开的目的，短语“A和/或B”以及“A或B”表示(A)、(B)或(A和B)。出于本公开的目的，短语“A、B和/或C”表示(A)、(B)、(C)、(A和B)、(A和C)、(B和C)或(A，B和C)。

本描述可以使用短语“在实施例中”，其可以指相同或不同的实施例中的一个或多个。此外，如关于本公开的实施例所使用的，术语“包含”“包括”、“具有”等是同义的。

如本文使用的，术语“电路”可以指代或包括执行一个或多个软件或固件程序的专用集成电路(ASIC)、电子电路、处理器(共享、专用或组)和/或存储器(共享、专用或组)、组合逻辑电路和/或提供所述功能的其它适当的硬件部件，或者术语“电路”可以是它们的一部分。如本文使用的，“计算机实现的方法”可以指代由一个或多个处理器、具有一个或多个处理器的计算机系统、诸如智能电话(可以包括一个或多个处理器)等移动装置、平板电脑、膝上型计算机、机顶盒、游戏控制台等执行的任何方法。

图1示意性示出了根据各实施例的电路100。电路100可以包括数字控制振荡器(DCO)102，其在输出端子103处生成输出信号。电路100还可以包括耦合到DCO 102的开环电压调节器104。开环电压调节器104可以耦合到电源轨106以接收电源电压(Vcc)。开环电压调节器104可以进一步耦合到DCO 102的电力输入端子108，以向DCO 102提供已调节电压Vreg。已调节电压Vreg可以由DCO 102用作电源电压。

在各实施例中，DCO 102可以在DCO 102的粗调谐输入109处接收粗调谐代码，并可以在DCO 102的细调谐输入111处接收细调谐代码。粗调谐代码和细调谐代码可以是数字代码(例如，包括多个位)。可以通过调整粗调谐代码和/或细调谐代码来调整DCO 102生成的输出信号的频率。与细调谐代码相比，粗调谐代码可以用于对输出信号的频率做出更大的调整。在一些实施例中，粗调谐代码和细调谐代码可以由调谐电路115提供。调谐电路115可以调整粗调谐代码和/或细调谐代码，使得输出频率具有期望的频率(例如，使用反馈环路)。在一些实施例中，调谐电路115可以使用比例、积分、导数控制器(例如，使用比例、积分和导数值)调整粗调谐代码和/或细调谐代码。

在各实施例中，电路100还可以包括耦合到开环电压调节器104的校准电路110。在电路100的校准模式期间，校准电路110可以调整开环电压调节器104接收的校准电压Vcal的值。在各实施例中，可以调整校准电压Vcal以提供具有目标值(例如，预定义目标值)的已调节电压Vreg。在校准之后，电路100和/或DCO 102可以进入正常操作模式。因此，校准电压Vcal的校准可以补偿开环电压调节器104中的过程变化和/或其它因素。

在一些实施例中，在正常操作模式期间，校准电路110可以进一步调整校准电压Vcal，以补偿用于调谐DCO 102以生成具有期望频率的输出信号的一个或多个调谐代码中的漂移。例如，校准电路110可以接收调谐代码(例如，细调谐代码)，其用于调整DCO 102生成的输出信号的频率，并且校准电路110可以调整校准电压Vcal，以使调谐代码保持在代码值的预定范围内。与在不监测并补偿调谐代码中漂移的电路中相比，监测并补偿调谐代码中的漂移可以允许使用具有更低调谐范围(例如，调谐代码的位数更少)的DCO。

图2示出了在一些实施例中可以包括在图1的DCO 102中的示例性DCO 200。DCO 200可以包括彼此串联耦合的多个倒相器202a-c(例如，倒相器202a的输出端耦合到倒相器202b的输入端，等等)。倒相器202a-c可以形成反馈环路，其中倒相器202c的输出端耦合到倒相器202a的输入端。倒相器202a-c可以耦合到电力输入端子204以接收已调节电源电压(例如，图1的已调节电压Vreg)。倒相器202a-c可以进一步耦合到粗调谐输入206以接收粗调谐代码。粗调谐代码可以用于调整倒相器202a-c的增益。在各实施例中，DCO 200还可以包括耦合在倒相器202a-c的对之间的相应节点之间的多个电容器组208a-c。电容器组208a-c可以耦合到细调谐输入210以接收细调谐代码。细调谐代码可以用于调整由电容器组208a-c提供的电容。其它实施例可以包括另一类型的DCO和/或使用其它调谐机构来调谐DCO的频率。

在各实施例中，DCO 200可以在输出端子212处生成输出信号。可以通过调整粗调谐代码和/或细调谐代码来调谐输出信号的频率。然而，DCO 200可能对已调节电压Vreg中的变化具有高灵敏度。此外，DCO 200生成的输出信号的频率可以跨过程、电压和/或温度(PVT)条件而发生变化。在各实施例中，电路100的开环电压调节器104可以提供具有低噪声的已调节电压Vreg。此外，电路100的校准电路110可以调整已调节电压Vreg的值以补偿电压调节器104和/或DCO 200中的PVT变化。

再次参考图1，开环电压调节器104可以包括一个或多个调节器级112a-b。单独的调节器级112a-b可以包括耦合到晶体管116a-b的低通滤波器114a-b。滤波器114a-b可以耦合到相应晶体管116a-b的栅极端子。因此，滤波器114a-b可以对传递到相应晶体管116a-b的栅极端子的电压进行滤波。

在一些实施例中，低通滤波器114a-b可以是包括一个或多个电阻器118a-b和一个或多个电容器120a-b的电阻-电容(RC)滤波器。尽管滤波器114a-b在图1中被示为包括单个电阻器118a-b和单个电容器120a-b的一阶滤波器，但其它实施例可以是包括多个电阻器和/或电容器的二阶或更高阶滤波器。电阻器118a可以耦合在晶体管116a的栅极端子和接收校准电压Vcal的节点122之间。电容器120a可以与晶体管116的栅极端子并联耦合。滤波器114a-b可以滤除校准电压Vcal中的高频噪声以提供具有低噪声的已调节电压Vreg。

开环电压调节器104可以不滤除低频噪声。然而，任何低频噪声都可以由锁相环(PLL)和/或时钟和数据恢复电路(CDR)抑制。

在开环电压调节器104包括多个调节器级112a-b的实施例中，调节器级112a-b可以被级联，其中晶体管116a-b串联耦合在电源轨106和DCO 102的电力输入端子108之间。在其它实施例中，开环电压调节器可以仅包括单个调节器级(例如，可以包括调节器级112a，但不包括调节器级112b)。例如，在电源电压Vcc较高的实施例中，开环电压调节器104可以包括多个调节器级112a-b。在一个非限制性示例中，在电源电压Vcc大约为1.24-1.35伏时，可以使用单个调节器级112a，并且在电源电压Vcc大约为1.8伏或更高时，可以使用两个调节器级112a-b。在其它实施例中，开环电压调节器104可以包括超过两个调节器级112a-b。

在各实施例中，开环电压调节器104可以生成具有低噪声的已调节电压Vreg。此外，开环电压调节器104可以仅消耗少量(例如，可忽略量)的电流。然而，开环电压调节器104可能易受到跨PVT条件的变化的影响。因此，电路100中可以包括校准电路110以补偿PVT条件中的变化，如本文所述。

在各实施例中，校准电路110可以包括比较器124、电位计126(例如，数字电位计)和/或控制电路128。在各实施例中，电位计126可以耦合到开环电压调节器104(例如，电位计126的可变阻抗端子耦合到调节器级112a的低通滤波器114a的输入端)。因此，校准电路110可以调整电位计126的阻抗以调整校准电压Vcal的值。

在各实施例中，比较器124的第一输入端可以耦合到电力输入端子108以接收已调节电压Vreg。比较器124的第二输入端可以接收参考电压Vref。参考电压Vref可以对应于已调节电压Vreg的目标值。在一些实施例中，比较器124的第一输入端可以经由分压器130接收已调节电压Vreg。分压器130可以缩放已调节电压Vreg，以使缩放后的已调节电压的值近似等于参考电压Vref。比较器124的输出端可以耦合到控制电路128。控制电路128可以进一步耦合到电位计126以控制电位计126的阻抗。

在(在电路100处于校准模式中时执行的)校准过程期间，比较器可以将已调节电压Vreg与参考电压Vref比较，并将比较结果传递到控制电路128。控制电路128可以基于比较器124进行的比较来调整电位计126的阻抗，以调整向开环电压调节器104提供的校准电压Vcal，直到比较器124接收的已调节电压Vreg近似等于参考电压Vref为止。因此，校准过程的第一部分可以校准已调节电压Vreg以具有目标值。将已调节电压Vreg校准到目标值可以补偿开环电压调节器104中(例如，开环电压调节器104的晶体管116a-b中)的过程变化。在一些实施例中，目标值可以导致DCO 102大致在其调谐范围的中间。

在将已调节电压Vreg校准到目标值之后，可以调谐DCO 102以生成具有期望频率的输出信号。可以首先使用粗调谐代码对DCO 102进行粗调谐，并且然后使用细调谐代码对DCO 102进行进行细调谐。在完成校准过程之后，电路可以从校准模式过渡到正常操作模式。

在各实施例中，校准电路110可以在DCO 102的正常操作期间进入监测模式。在监测模式期间，控制电路128可以监测DCO 102的调谐代码(例如，细调谐代码)的漂移。例如，控制电路128可以接收细调谐代码(例如，细调谐代码)，其用于调谐DCO 102生成的输出频率。控制电路128可以判断调谐代码是否在调谐代码的预定范围之外。调谐代码的预定范围可以由上阈值和下阈值定义。上阈值可以低于调谐代码的最大可能值，并且下阈值可以大于调谐代码的最小可能值。因此，调谐代码的预定范围可以包括少于调谐代码的所有可能值。

如果控制电路128判定调谐代码在调谐代码的预定范围之外(例如，调谐代码大于上阈值或小于下阈值)，那么控制电路128可以调整校准电压Vcal的值(例如，通过调整电位计126的阻抗)，以使调谐代码在调谐代码的预定范围之内(例如，在调谐电路115调整调谐代码以补偿校准电压Vcal中的变化导致的已调节电源电压Vreg的值发生变化之后)。例如，控制电路128可以调整校准电压Vcal的值，以使调谐代码大体上在调谐代码的预定范围中间。

因此，由控制电路128监测调谐代码可以补偿DCO 102(例如，由于温度变化、老化或其它因素所引起)的漂移。

图3示出了根据各实施例的方法300。方法300可以由耦合到开环电压调节器(例如，开环电压调节器104)和DCO(例如，DCO 102)的校准电路(例如，校准电路110)执行。在一些实施例中，校准电路可以包括一个或多个非暂态计算机可读介质，具有存储于其上的指令，所述指令在被执行时导致校准电路执行方法300。

在方框302，方法300可以包括由校准电路比较提供给DCO的已调节电压与参考电压，其中已调节电压被开环电压调节器提供给DCO。

在方框304，方法300可以包括基于比较来调整提供给开环电压调节器的校准电压，以提供具有目标值的已调节电压。

在方框306，方法300可以包括监测用于调谐DCO的调谐代码的漂移。例如，DCO可以接收粗调谐代码和细调谐代码，并且方框306可以包括监测细调谐代码。

在方框308，方法300可以包括基于监测的漂移进一步调整校准电压。

在一些实施例中，方法300的方框306处的监测漂移可以包括接收调谐代码，以及判断调谐代码是否在调谐代码的预定范围之外。此外，方框308的进一步调整校准电压可以包括：如果调谐代码在调谐代码的预定范围之外，则调整校准电压，以使调谐代码在调谐代码的预定范围之内。

图4示出了根据各实施例的可以采用本文所述的设备和/或方法(例如，电路100、DCO 200、方法300)的示例性计算装置400。如所示，计算装置400可以包括若干部件，例如一个或多个处理器404(示出一个)和至少一个通信芯片406。在各实施例中，一个或多个处理器404均可以包括一个或多个处理器内核。在各实施例中，至少一个通信芯片406可以物理和电耦合至一个或多个处理器404。在其它实施方式中，通信芯片406可以是一个或多个处理器404的一部分。在各实施例中，计算装置400可以包括印刷电路板(PCB)402。对于这些实施例，一个或多个处理器404和通信芯片406可以设置于其上。在替代的实施例中，可以在不采用PCB 402的情况下耦合各个部件。

根据其应用，计算装置400可以包括可以或可以不物理和电耦合至PCB 402的其它部件。这些其它部件包括但不限于存储器控制器405、易失性存储器(例如，动态随机存取存储器(DRAM)408)、诸如只读存储器(ROM)410的非易失性存储器、闪速存储器412、存储装置411(例如，硬盘驱动器(HDD))、I/O控制器414、数字信号处理器(未示出)、密码处理器(未示出)、图形处理器416、一个或多个天线418、显示器(未示出)、触摸屏显示器420、触摸屏控制器422、电池424、音频编解码器(未示出)、视频编解码器(未示出)、全球定位系统(GPS)装置428、罗盘430、加速度计(未示出)、陀螺仪(未示出)、扬声器432、相机434和大容量存储装置(例如硬盘驱动器、固态驱动器、光盘(CD)、数字多用盘(DVD)(未示出))等。在各实施例中，处理器404可以和其它部件集成于同一管芯上，以形成芯片上系统(SoC)。

在一些实施例中，一个或多个处理器404、闪速存储器412和/或存储设备411可以包括存储编程指令的相关联固件(未示出)，该指令被配置为使计算装置400响应于编程指令由一个或多个处理器404执行而实践本文所述方法(例如，方法300)中的所有或选定方面。在各实施例中，可以使用与一个或多个处理器404、闪速存储器412或存储装置411分开的硬件来额外或替代地实现这些方面。

在各实施例中，计算装置400的一个或多个部件可以包括本文描述的电路100和/或DCO 200。例如，电路100和/或DCO 200可以包括在I/O控制器414、处理器404、存储器控制器405和/或计算装置400的另一个部件中。在一些实施例中，电路100和/或DCO 200可以用于高速串行链路应用中(例如，以生成时钟信号和/或其它振荡信号)。

通信芯片406可以实现往返于计算装置400传输数据的有线和/或无线通信。术语“无线”及其派生词可以用于描述可以通过使用经调制的电磁辐射通过非固体介质来传送数据的电路、装置、系统、方法、技术、通信信道等。该术语并非暗示相关联的装置不包含任何线路，尽管在一些实施例中它们可能不包含。通信芯片406可以实施若干无线标准或协议中的任一种，包括但不限于IEEE 702.20、长期演进(LTE)、高级LTE(LTE-A)、通用分组无线业务(GPRS)、演进数据优化(Ev-DO)、演进的高速分组接入(HSPA+)、演进的高速下行分组接入(HSDPA+)、演进的高速上行分组接入(HSUPA+)、全球移动通信系统(GSM)、GSM演进的增强数据速率(EDGE)、码分多址(CDMA)、时分多址(TDMA)、数字增强无绳电信(DECT)、微波接入全球互操作性(WiMAX)、蓝牙、其衍生物、以及被指定为3G、4G、5G和更高代的任何其它无线协议。计算装置400可以包括多个通信芯片406。例如，第一通信芯片406可以专用于较短距离的无线通信，例如Wi-Fi和蓝牙，并且第二通信芯片406可以专用于较长距离的无线通信，例如GPS、EDGE、GPRS、CDMA、WiMAX、LTE、Ev-DO等。

在各实施方式中，计算装置400可以是膝上型计算机、上网本、笔记本、超级本、智能电话、计算平板设备、个人数字助理(PDA)、超级移动PC、移动电话、台式计算机、服务器、打印机、扫描仪、监视器、机顶盒、娱乐控制单元(例如，游戏控制台或汽车娱乐单元)、数字相机、家用电器、便携式音乐播放器或数字录像机。在其它实施方式中，计算装置400可以是处理数据的任何其它电子装置。

下文提供一些非限制性示例。

示例1是一种电压调节电路，包括：电源轨，以接收电源电压；耦合到电源轨并包括晶体管的开环电压调节器，该开环电压调节器向数字控制振荡器(DCO)提供已调节电压；以及耦合到开环电压调节器的校准电路，该校准电路在电路的校准模式期间调整提供到开环电压调节器的校准电压，以提供具有目标值的已调节电压。

示例2是示例1的电路，还包括耦合到开环电压调节器的DCO。

示例3是示例1的电路，其中校准电路包括：耦合到开环电压调节器的电位计；比较已调节电压和参考电压的比较器；以及耦合到电位计和比较器的控制电路，该控制电路基于比较器的比较来调整电位计的阻抗，并调整提供给开环电压调节器的校准电压。

示例4是示例1的电路，其中晶体管的漏极端子耦合到DCO以提供已调节电压，其中开环电压调节器还包括耦合到晶体管的栅极端子的低通电阻-电容(RC)滤波器。

示例5是示例4的电路，其中晶体管、电阻器和电容器被包括在开环电压调节器的第一级中，并且其中开环电压调节器还包括第二级，该第二级具有耦合于第一级的晶体管和电源轨之间的晶体管。

示例6是示例1到5中任一个的电路，其中校准电路进一步用于：接收用于调谐DCO的输出频率的数字调谐代码；判断调谐代码是否在调谐代码的预定范围之外；以及如果调谐代码在调谐代码的预定范围之外，则调整校准电压，以使调谐代码在调谐代码的预定范围之内。

示例7是示例6的电路，其中校准电路判断调谐代码是否在调谐代码的预定范围之外，并且调整校准电压，以使得在DCO的正常操作期间并且在在DCO的校准模式期间调整提供给开环电压调节器的校准电压以提供具有目标值的已调节电压之后，调谐代码在调谐代码的预定范围之内。

示例8是示例6的电路，其中，调谐代码是细调谐代码。

示例9是示例6的电路，其中调谐代码的预定范围包括少于调谐代码的所有可能值。

示例10是一种用于向数字控制振荡器(DCO)提供已调节电压的方法，该方法包括：由校准电路比较已调节电压和参考电压，其中由开环电压调节器向DCO提供已调节电压；基于比较来调整向开环电压调节器提供的校准电压，以提供具有目标值的已调节电压；监测用于调谐DCO的调谐代码的漂移，以及基于监测的漂移进一步调整校准电压。

示例11是示例10的方法，其中监测漂移包括：接收调谐代码；以及判断调谐代码是否在调谐代码的预定范围之外；并且其中基于监测的漂移进一步调整校准电压包括：如果调谐代码在调谐代码的预定范围之外，则调整校准电压，以使调谐代码在调谐代码的预定范围之内。

示例12是示例10的方法，其中通过控制耦合到开环电压调节器的数字电位计的阻抗来执行调整校准电压。

示例13是示例10的方法，其中比较已调节电压和参考电压以及基于比较来调整校准电压是在DCO的校准模式期间执行的，并且其中监测调谐代码的漂移以及基于监测的漂移进一步调整校准电压是在校准模式之后在DCO的正常操作模式期间执行的。

示例14是示例10到13中任一个的方法，其中调谐代码是细调谐代码，并且其中DCO进一步接收粗调谐代码。

示例15是一种计算系统，包括：显示器；耦合到显示器的处理器；以及耦合到处理器的通信电路。通信电路包括：数字控制振荡器(DCO)；接收校准电压并基于校准电压向DCO提供已调节电压的开环电压调节器；以及耦合到开环电压调节器的校准电路，校准电路用于：在校准模式期间，比较已调节电压和参考电压，并基于比较来调整校准电压；以及在监测模式期间，接收用于调谐DCO的调谐代码并基于调谐代码的值进一步调整校准电压。

示例16是示例15的系统，其中校准电路包括：耦合到开环电压调节器的电位计；比较已调节电压和参考电压的比较器；以及耦合到电位计和比较器的控制电路，控制电路基于比较器的比较来调整电位计的阻抗，以调整提供给开环电压调节器的校准电压。

示例17是示例15的系统，其中晶体管的漏极端子耦合到DCO以提供已调节电压，其中开环电压调节器还包括耦合到晶体管的栅极端子的低通滤波器。

示例18是示例17的系统，其中晶体管、电阻器和电容器被包括在开环电压调节器的第一级中，并且其中开环电压调节器还包括第二级，该第二级具有耦合于第一级的晶体管和电源轨之间的晶体管。

示例19是示例15的系统，其中为了基于调谐代码的值进一步调整校准电压，该校准电路用于：判断调谐代码的值是否在值的预定范围之外；并且如果调谐代码的值在值的预定范围之外，则调整校准电压，以使调谐代码的值在调谐代码的预定范围之内。

示例20是示例15到19中任一个的系统，其中校准电路用于在DCO加电时进入校准模式，并且其中校准电路用于在DCO的正常操作期间处于监测模式中。

示例21是示例15的系统，其中调谐代码是细调谐代码，并且其中DCO用于接收细调谐代码和粗调谐代码。

尽管本文出于描述的目的例示并描述了某些实施例，但本申请旨在覆盖本文所述实施例的任何调整或变化。因此，本文描述的实施例显然旨在仅受权利要求的限制。

在本公开叙述“一”或“第一”元件或其等同物的情况下，这种公开包括一个或多个这种元件，既不要求也不排除两个或更多这种元件。此外，用于所标识元件的次序指示符(例如，第一、第二或第三)用于在元件之间进行区分，而并非要指示或暗示所需要的或有限数量的这种元件，也不是要指示这种元件的特定位置或次序，除非另外具体陈述。