一種數模轉換器的內部時鐘時序矯正控制系統的制作方法

本發明涉及數字集成電路設計技術領域，具體地說是涉及數模轉換器的內部時鐘時序矯正控制系統。

背景技術：

數模轉換器即dac（digital-to-analogconverter）為混合信號芯片，內部同時擁有數字域時鐘與模擬域時鐘。超高速dac芯片廣泛應用于雷達、電子對抗及高速通信等電子系統中，由于這些電子系統需要較高的靈敏度要求，因此這就對芯片設計時對芯片內部自身的時序控制提出了較高要求，同時對芯片應用時的外部時鐘及數據的相對時序關系也提出了較高要求。dac芯片設計的重點和難點在于其數字域時鐘與模擬域時鐘之間的時序校正，在高速dac芯片中，時序的問題顯得尤為突出，時序在很大程度上決定了dac芯片的性能，然而由于生產工藝以及電壓、溫度等外部因素的影響，dac芯片的數字域時鐘與模擬域時鐘之間的時序關系經常發生變化，這就需要對時序進行校正，使dac芯片的內部時序得到優化，以增加芯片的穩定可靠性，同時也需要追蹤并校正由于環境影響而產生的時鐘歪斜、時鐘抖動等時序問題。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種數模轉換器的內部時鐘時序矯正控制系統，應用于dac芯片的內部時序矯正控制，相對于傳統的調整時序的方法來說，可明顯提高系統的靈活性、抗干擾性和準確性。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案為，一種數模轉換器的內部時鐘時序矯正控制系統，包括時序矯正數字電路、鑒相器、dac芯片、外部數字電路、延時步長調節電路、模擬時鐘產生電路和顯示器，所述外部數字電路的信號輸出端連接dac芯片的信號輸入端，dac芯片從外部數字電路中采集14位數據，所述時序矯正數字電路上設有鑒相器反饋相位值輸入端、延時步長輸入端、目標相位值設定端、實際相位值輸出端、延時步長輸出端，所述模擬時鐘產生電路連接dac芯片并為dac芯片提供模擬域時鐘，所述模擬時鐘產生電路連接延時步長調節電路使延時步長調節電路產生與dac芯片的模擬域時鐘同頻不同相的數字域時鐘，所述模擬時鐘產生電路連接鑒相器為鑒相器提供模擬域時鐘，所述延時步長調節電路連接鑒相器為鑒相器提供數字域時鐘，所述延時步長調節電路連接外部數字電路并為外部數字電路提供數字域時鐘，所述鑒相器的輸出端連接時序矯正數字電路的鑒相器反饋相位值輸入端，所述時序矯正數字電路的延時步長輸出端連接延時步長調節電路的輸入端，所述時序矯正數字電路的實際相位值輸出端連接顯示器。

作為本發明的一種改進，所述時序矯正數字電路上設有手動/自動模式的切換端口、相位滯后設定端、相位超前設定端、實際相位滯后輸出端、實際相位超前輸出端、鎖定相位輸出端和丟失相位輸出端，所述延時步長輸入端、目標相位值設定端、手動/自動模式的切換端口、相位滯后設定端、相位超前設定端均為數據配置端口，均連接外部數字電路，所述實際相位滯后輸出端、實際相位超前輸出端、鎖定相位輸出端和丟失相位輸出端均連接顯示器。

作為本發明的一種改進，所述時序矯正數字電路上還設有工作時鐘設定端和復位端，通過工作時鐘設定端接收工作時鐘信號，通過復位端接收復位信號，工作時鐘信號和復位信號均由模擬時鐘產生電路提供。

作為本發明的一種改進，所述延時步長輸入端和延時步長輸出端的延時步長值調整范圍為0-432步，所述目標相位值設定端設定的目標相位值、鑒相器反饋相位值輸入端輸入的反饋相位值和實際相位值輸出端輸出的實際相位值的范圍均為0-16。

作為本發明的一種改進，所述時序矯正數字電路具有手動模式和自動模式兩種矯正工作模式，并且兩種矯正工作模式通過手動/自動模式的切換端口進行切換調整，所述時序矯正數字電路能夠根據鑒相器反饋的需要矯正時序的信號的實時相位信息，手動/自動地進行延時步長值調整操作，最終把需要矯正時序的信號的相位值調整到想要的位置（即目標相位值），完成該信號的時序矯正。

作為本發明的一種改進，當時序矯正數字電路工作于手動模式時，延時步長輸出端輸出的延時步長值與延時步長輸入端設定的延時步長值保持一致；當時序矯正數字電路工作于自動模式時，時序矯正數字電路的調整延時步長值操作分為搜索階段、追蹤階段開展，首先進入搜索階段，延時步長輸入端設定的延時步長值作為搜索階段的初始歩長值，時序矯正數字電路自動調節延時步長值來改變需要矯正時序的信號的相位，直到顯示器顯示的實際相位值為所需相位值（即目標相位），并在找到目標相位后進入中間步長階段，在中間步長階段尋找目標相位所對應的兩個邊界的延時步長值，并取這兩個邊界的延時步長值的中間值得到一個裕度最大的延時步長值，延時步長輸出端輸出的延時步長值為該裕度最大的延時步長值；在搜索階段完成后，立即進入追蹤階段，在該階段監測需要矯正時序的信號的相位的實時情況，如果被監測信號的相位發生變化，時序矯正數字電路自動進行調整延時步長值以找回目標相位，并在未找回目標相位時，通過顯示器輸出顯示丟失相位。

作為本發明的一種改進，所述時序矯正數字電路工作在自動模式下，其調整延時步長值的方式包括粗調和細調兩種，其中，使用粗調方式時時序矯正數字電路每次調整16步延時步長值，使用細調方式時時序矯正數字電路每次調整1步延時步長值。

作為本發明的一種改進，所述時序矯正數字電路工作在自動模式下的任意階段和任意狀態下時，一旦通過手動/自動模式的切換端口切換到手動模式時，時序矯正數字電路的自動模式會立即停止，此時延時步長輸出端輸出的延時步長值與延時步長輸入端設定的延時步長值保持一致；而當時序矯正數字電路工作在手動模式下時，一旦通過手動/自動模式的切換端口切換到自動模式時，時序矯正數字電路則先進入搜索階段，此時延時步長輸入端設定的延時步長值作為搜索階段的初始歩長值。

作為本發明的一種改進，所述時序矯正數字電路工作在自動模式下的搜索階段時，時序矯正數字電路先采用粗調的方式進行調整延時步長值，并在鑒相器反饋的需要矯正時序的信號的實時相位跳過了目標相位時，采用細調的方式進行調整延時步長值，往回搜索尋找需要矯正時序的信號的目標相位；而當處于追蹤階段時，在被監測信號的相位發生變化時，時序矯正數字電路至多自動細調三次，若在三步延時步長值內找回目標相位，則繼續處于追蹤階段，否則通過丟失相位輸出端輸出相位丟失信號并在顯示器中顯示。

作為本發明的一種改進，所述時序矯正數字電路在采用粗調的方式進行調整延時步長值時，先遞增調整延時步長值，若達到延時步長值的最大值（即432）還未找到目標相位，則時序矯正數字電路返回至初始步長值（即延時步長輸入端設定的延時步長值），再遞減調整延時步長值，在當鑒相器反饋的需要矯正時序的信號的實時相位正好落入到目標相位時，并且在延時步長輸出端輸出的延時步長值為目標相位所對應的裕度最大的延時步長值后，時序矯正數字電路進入追蹤階段對需要矯正時序的信號的實時相位值進行監測。

相對于現有技術，本發明的優點如下，本時序矯正控制系統的整體結構設計巧妙，易于實現及使用，且成本低，通過時序矯正數字電路來手動或自動地進行需要矯正時序的信號的實時相位所對應的延時步長值進行調整，并通過鑒相器來反饋與延時步長值相對應的實時相位信息，最終把需要矯正時序的信號的實時相位調整到想要的位置（即預先設定的目標相位值），以完成dac芯片的內部時鐘時序矯正。所采用的時序矯正數字電路具有手動模式和自動模式兩種矯正工作模式，并且兩種矯正工作模式通過該電路的手動/自動模式的切換端口進行切換調整，手動模式的矯正工作模式下，電路的延時步長輸出端直接輸出延時步長輸入端的延時步長值，可直接用來調整需要矯正時序的信號的實時相位，自動模式的矯正工作模式下，先啟用搜索階段，電路自動調節延時步長值來改變需要矯正時序的信號的實時相位到目標相位，并在搜索階段完成后，會進入追蹤階段，電路自動監測被測信號的實時相位信息，并在被測信號的實時相位發生改變時自動進行調整延時步長值以找回目標相位，并在未找回目標相位時，通過顯示器輸出顯示丟失相位，需人工手動切換為手動模式進行延時步長值調整或者進行復位以重新開啟自動模式進行延時步長值調整，直至調整到目標相位。

附圖說明

圖1為dac芯片的數字域時鐘與模擬域時鐘之間的相位關系示意圖。

圖2本發明的dac芯片內部時鐘時序矯正控制系統的結構示意圖。

圖3為本發明的時序矯正數字電路的兩種矯正工作模式的切換原理框圖。

圖4為本發明的時序矯正數字電路的自動模式下搜索階段的工作原理框圖。

圖5為本發明的時序矯正數字電路的端口框圖。

圖6為本發明的時序矯正數字電路的內部結構示意圖。

具體實施方式

為了加深對本發明的理解和認識，下面結合附圖對本發明作進一步描述和介紹。

如圖1所示，為dac芯片的數字域時鐘與模擬域時鐘之間的相位關系，其中實線為模擬域時鐘信號，虛線為數字域時鐘信號，兩個時鐘信號的頻率相同，但是相位不同，兩者在位置上的差異為相位差。一般地，我們將dac芯片的一個時鐘周期進行17等分，那么兩個時鐘信號的相位值的范圍就是0-16，采用鑒相器所能檢測到的相位值就是兩者相位之間的差值。并且若數字域時鐘信號滯后于模擬域時鐘信號時，則鑒相器中所顯示的相位值符號為負（圖1中所示的情況），而若數字域時鐘信號超前于模擬域時鐘信號時，則鑒相器中所顯示的相位值符號為正。相位是對時鐘信號時序變化的一種測量方式，其結果在頻率域顯示，因此，當dac芯片內的兩個時鐘信號的時序關系發生變化時，可通過對某一時鐘信號的相位進行調整進而實現時序矯正的目的。

如圖2和5所示，為本發明所提出的一種數模轉換器的內部時鐘時序矯正控制系統，包括時序矯正數字電路、鑒相器、dac芯片、外部數字電路、延時步長調節電路、模擬時鐘產生電路和顯示器，所述外部數字電路作為dac芯片的應用對象，外部數字電路的信號輸出端連接dac芯片的信號輸入端，dac芯片從外部數字電路中采集14位數據，所述時序矯正數字電路上設有鑒相器反饋相位值輸入端、延時步長輸入端、目標相位值設定端、實際相位值輸出端、延時步長輸出端，所述模擬時鐘產生電路連接dac芯片并為dac芯片提供模擬域時鐘，所述模擬時鐘產生電路連接延時步長調節電路使延時步長調節電路產生與dac芯片的模擬域時鐘同頻不同相的數字域時鐘，所述模擬時鐘產生電路連接鑒相器為鑒相器提供模擬域時鐘，所述延時步長調節電路連接鑒相器為鑒相器提供數字域時鐘，所述延時步長調節電路連接外部數字電路并為外部數字電路提供數字域時鐘，所述鑒相器的輸出端連接時序矯正數字電路的鑒相器反饋相位值輸入端，所述時序矯正數字電路的延時步長輸出端連接延時步長調節電路的輸入端，所述時序矯正數字電路的實際相位值輸出端連接顯示器。所述模擬時鐘產生電路采用現有技術中常規的晶振電路實現，所述延時步長調節電路采用常規的pwm相位輸出控制電路實現。

具體的，如圖5所示，所述時序矯正數字電路上設有手動/自動模式的切換端口、相位滯后設定端、相位超前設定端、實際相位滯后輸出端、實際相位超前輸出端、鎖定相位輸出端和丟失相位輸出端，所述延時步長輸入端、目標相位值設定端、手動/自動模式的切換端口、相位滯后設定端、相位超前設定端均為時序矯正數字電路的數據配置端口，也均連接外部數字電路，所述實際相位滯后輸出端、實際相位超前輸出端、鎖定相位輸出端和丟失相位輸出端均連接顯示器。

并且，如圖5所示，所述時序矯正數字電路上還設有工作時鐘設定端和復位端，通過工作時鐘設定端接收工作時鐘信號，通過復位端接收復位信號，工作時鐘信號和復位信號均由模擬時鐘產生電路提供。

所述延時步長輸入端和延時步長輸出端的延時步長值調整范圍為0-432步，延時步長值的最大值為432。所述目標相位值設定端設定的目標相位值、鑒相器反饋相位值輸入端輸入的反饋相位值和實際相位值輸出端輸出的實際相位值的范圍均為0-16。

另外，如圖3所示，所述時序矯正數字電路具有手動模式和自動模式兩種矯正工作模式，并且兩種矯正工作模式通過手動/自動模式的切換端口進行切換調整，所述時序矯正數字電路能夠根據鑒相器反饋的需要矯正時序的信號的實時相位信息，手動/自動地進行延時步長值調整操作，最終把需要矯正時序的信號的相位值調整到在目標相位值設定端預先設定的目標相位值，以完成該信號的時序矯正。

當鑒相器反饋的相位值不為目標相位時，延時步長會發生改變，從而改變了數字域時鐘的相位值，這樣就相當于調整了時序，而當鑒相器反饋的相位值為目標相位值時，說明在此時兩個時鐘的相位條件下，dac芯片的數據和時鐘不會發生時序違反。

其中，如圖3和4所示，當時序矯正數字電路工作于手動模式時，延時步長輸出端輸出的延時步長值與延時步長輸入端設定的延時步長值保持一致，即輸出端輸出的延時步長值直接等于輸入端設定的延時步長值，由于輸出端輸出的延時步長值會改變數字域時鐘信號的相位，鑒相器所反饋的相位值會隨之發生改變，因此輸出端輸出的延時步長值所對應的實際相位值可通過觀察鑒相器得知，從而可手動將輸出端輸出的延時步長值所對應的實際相位值調整至預先設定的目標相位值。當時序矯正數字電路工作于自動模式時，時序矯正數字電路的調整延時步長值操作分為搜索階段、追蹤階段開展，首先進入搜索階段，延時步長輸入端設定的延時步長值作為搜索階段的初始歩長值，時序矯正數字電路自動調節延時步長值來改變需要矯正時序的信號的相位，直到顯示器顯示的實際相位值為所需相位值（即目標相位），并在找到目標相位后進入中間步長階段，在中間步長階段尋找目標相位所對應的兩個邊界的延時步長值，并取這兩個邊界的延時步長值的中間值（即采用取平均值的計算方法計算出兩個邊界的延時步長值的平均值）得到一個裕度最大的延時步長值，延時步長輸出端輸出的延時步長值為該裕度最大的延時步長值。

在實際應用中，數字域時鐘信號的一個相位值對應了很多個延時步長值（比如相位值10對應的延時步長值為300-310，其邊界的延時步長值為300和310），為了防止以后因外部因素（溫度，濕度等因素）干擾導致的時鐘偏移，所以要求時序矯正數字電路最終輸出的延時步長值正好要將數字域時鐘調到某個相位值所對應的延時步長值的正中間（即裕度最大的延時步長值，如相位值為10的裕度最大的延時步長值為305）。為時序矯正數字電路設置上述的中間步長階段，即使數字域時鐘信號因外部因素干擾而發生了一些偏移，dac芯片的數字域時鐘信號和模擬域時鐘信號仍然能夠保持所需的相位差。而若讓時序矯正數字電路的最終輸出的延時步長值為目標相位值所對應的某個邊界值，那么雖然一開始dac芯片不會產生時序違反，但是當數字域時鐘信號一旦發生偏移，就很有可能導致數字域時鐘信號和模擬域時鐘信號的相位差發生改變，從而就會產生時序違反的風險。

在搜索階段完成后，立即進入追蹤階段，由于外部因素會導致在搜索階段輸出的延時步長值會發生變化，所以需要對需要矯正時序的信號的實時相位進行追蹤監測。在追蹤階段監測需要矯正時序的信號的相位的實時情況，如果被監測信號的相位發生變化，時序矯正數字電路自動進行調整延時步長值以找回目標相位，并在未找回目標相位時，通過顯示器輸出顯示丟失相位。

此外，所述時序矯正數字電路工作在自動模式下，其調整延時步長值的方式包括粗調和細調兩種，其中，使用粗調方式時時序矯正數字電路每次調整16步延時步長值，使用細調方式時時序矯正數字電路每次調整1步延時步長值。

所述時序矯正數字電路工作在自動模式下的任意階段和任意狀態下時，一旦通過手動/自動模式的切換端口切換到手動模式時，時序矯正數字電路的自動模式會立即停止，此時延時步長輸出端輸出的延時步長值與延時步長輸入端設定的延時步長值保持一致；而當時序矯正數字電路工作在手動模式下時，一旦通過手動/自動模式的切換端口切換到自動模式時，時序矯正數字電路則先進入搜索階段，此時延時步長輸入端設定的延時步長值作為搜索階段的初始歩長值。

自動模式是時序矯正數字電路的一種更加便捷的矯正工作模式，當開啟自動模式后，首先采用粗調的方式，此時延時步長輸入端設定的延時步長值作為自動模式的初始值用于計算，該初始值是人為設定的，一般取最大延時步長值的一半，即216。所述時序矯正數字電路在采用粗調的方式進行調整延時步長值時，先遞增調整延時步長值，每次16步，并且在當時序矯正數字電路檢測到延時步長值調整到416-432之間時，下一步調整的延時步長值不遞增16，而是讓延時步長值直接調整到432。若達到延時步長值的最大值（即432）還未找到目標相位，則時序矯正數字電路返回至初始步長值（即延時步長輸入端設定的延時步長值），再遞減調整延時步長值，每次也是16步。在當鑒相器反饋的需要矯正時序的信號的實時相位正好落入到目標相位時，并且在延時步長輸出端輸出的延時步長值為目標相位所對應的裕度最大的延時步長值后，時序矯正數字電路進入追蹤階段對需要矯正時序的信號的實時相位值進行監測。

如圖4所示，所述時序矯正數字電路工作在自動模式下的搜索階段時，時序矯正數字電路先采用粗調的方式進行調整延時步長值，若在某次粗調調整延時步長值并使得需要矯正時序的信號的實時相位正好落入到目標相位時，則進一步進入比較器階段，而如果在某次粗調后，在鑒相器反饋的需要矯正時序的信號的實時相位跳過了目標相位時，采用細調的方式進行調整延時步長值，往回搜索尋找需要矯正時序的信號的目標相位，細調時每次只改變一步延時步長值，直到鑒相器反饋的實時相位等于目標相位，則進一步進入比較器階段。由于相位有正負之分，所以根據之前相鄰相位的關系可得到此時實時相位的符號，在比較器階段，通過比較器比較實時相位符號與目標相位的符號是否一致，如果不一致，則返回使用粗調的方式，重新搜索目標相位；否則就進入中間步長階段。

當處于追蹤階段時，在被監測信號的相位發生變化時，時序矯正數字電路至多自動細調三次，若在三步延時步長值內找回目標相位，則繼續處于追蹤階段，否則通過丟失相位輸出端輸出相位丟失信號并在顯示器中顯示。由此可見，在搜索階段進行的是粗調和細調以及確定中間步長階段，而在追蹤階段進行的是監測實時相位值和細調。在追蹤階段，如果鑒相器反饋的相位為目標相位，則時序矯正數字電路不做任何調整，輸出的延時步長值保持為搜索階段的裕度最大的延時步長值；而如果鑒相器反饋的相位發生改變，則最多細調三次，細調過程中如果鑒相器反饋的相位又回到目標相位，那么時序矯正數字電路繼續監測實時相位值，并輸出此時的延時步長值，否則視為相位丟失，使用者在發現顯示器顯示相位丟失信號時，需人工手動切換為手動模式進行延時步長值調整或者進行復位以重新開啟自動模式進行延時步長值調整。

由于在搜索階段，采用粗調方式調整延時步長值時，延時步長值是單調增加或單調遞減的，因此，dac芯片的數字域時鐘信號和模擬域時鐘信號之間的相位差也是呈現單調變化的。比如預先設定的目標相位值為8，則經過3次粗調后對應檢測到的被監測信號的相位為4/5/6，則此種情況稱為“未找回目標相位”；而在經過3次粗調后對應檢測到的被監測信號的相位為6/7/9，則此種情況稱為“跳過了目標相位”。

如圖5和6所示，所述時序矯正數字電路包括譯碼器、相位值比較器、相位符號比較器、內部狀態機、粗調模塊、細調模塊、找中間步長模塊、追蹤相位模塊、多個寄存器，所述鑒相器反饋相位值輸入端連接譯碼器的輸入端，譯碼器通過寄存器連接相位符號比較器的輸入端，相位滯后設定端、相位超前設定端均連接相位符號比較器的輸入端，相位符號比較器的輸出端為實際相位滯后輸出端、實際相位超前輸出端，目標相位值設定端連接相位值比較器的輸入端，相位值比較器的輸出端為實際相位值輸出端，相位值比較器的輸出端連接相位符號比較器的輸入端，相位值比較器的相位值一致輸出端和相位符號比較器的符號一致輸出端通過二輸入與門連接找中間步長模塊的使能端，延時步長輸入端通過寄存器分別連接第一二選一數據選擇器和第二二選一數據選擇器的輸入端，第二二選一數據選擇器的輸出端為延時步長輸出端，手動/自動模式的切換端口連接第二二選一數據選擇器的輸出選擇端，相位值比較器的實際相位變化輸出端連接追蹤相位模塊的輸入端，找中間步長模塊的中間步長輸出端和鎖定相位使能輸出端均連接追蹤相位模塊的輸入端，相位值比較器的粗調使能輸出端連接粗調模塊的使能端，相位值比較器的細調使能輸出端連接細調模塊的使能端，第一二選一數據選擇器的輸出端通過寄存器連接找中間步長模塊的輸入端，第一二選一數據選擇器的輸出端分別連接粗調模塊和細調模塊的輸入端，相位值比較器的相位值一致輸出端連接設置在第一二選一數據選擇器和找中間步長模塊之間的寄存器使能端，內部狀態機的初次搜索設定端連接第一二選一數據選擇器的輸出選擇端，粗調模塊和細調模塊的輸出端連接第三二選一數據選擇器的輸入端，相位值比較器的粗調使能輸出端連接輸出選擇端，第三二選一數據選擇器的輸出端連接第一二選一數據選擇器的輸入端和三選一數據選擇器的輸入端，找中間步長模塊的中間步長輸出端和追蹤相位模塊的追蹤階段步長輸出端均連接三選一數據選擇器的輸入端，內部狀態機的輸出選擇條件設定端連接三選一數據選擇器的輸出選擇端，三選一數據選擇器的輸出端連接第二二選一數據選擇器的輸入端，追蹤相位模塊的丟失相位使能輸出端連接一寄存器的使能端，該寄存器的輸出端為丟失相位輸出端，丟失相位輸出端取反之后與找中間步長模塊的鎖定相位使能輸出端通過二輸入與門連接另一寄存器的使能端，該寄存器的輸出端為鎖定相位輸出端。所述工作時鐘設定端和復位端分別連接譯碼器、相位值比較器、相位符號比較器、粗調模塊、細調模塊、找中間步長模塊、追蹤相位模塊和所有寄存器的工作時鐘端和復位端。

需要說明的是上述實施例，并非用來限定本發明的保護范圍，在上述技術方案的基礎上所作出的等同變換或替代均落入本發明權利要求所保護的范圍。在權利要求中，單詞“包含”不排除存在未列在權利要求中的元件或步驟。單詞第一、第二以及第三等的使用不表示任何順序，可將這些單詞解釋為名稱。

本發明方案所公開的技術手段不僅限于上述實施方式所公開的技術手段，還包括由以上技術特征任意組合所組成的技術方案。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發明的保護范圍。