延遲元件

A D

D

D

圖 4-7 延遲傳遞的過程中脈衝漸減

因此，在設計延遲元件時，應考慮輸入脈衝寬度與延遲時間的關係，以及輸 出波形的驅動能力，是否在延遲線中會改變原始設計的脈衝寬度。

4.1.1.2 延遲元件

一般常見壓控延遲元件內部的組成，前端為壓控延遲單元，藉由不同的電壓 值，得到不同的延遲時間。後端為輸出緩衝器，作為輸入信號在經過延遲單元後

整理波形，使得輸出信號有較好的上升以及下降時間。

過窄的波寬在經過延遲後，信號未能上升至緩衝器的判斷位準，因此輸出端 沒有辦法輸出波形。當波寬較大時，延遲後的信號的上升下降邊緣才能超過其判 斷位準，經過緩衝器將波形輸出。

因此設計出的延遲元件，必須要在足夠的脈波寬度下進行可調式延遲，也必 須使得輸出波形寬度固定，否則將會違反了上個段落介紹的脈衝寬度限制。

如圖 4-8 所示，為本論文所使用的延遲元件。為了調整其延遲時間，一個簡 易的 RC 電路由兩個電晶體 M₁以及 M₂建構而成。隨著控制電壓 Vc 的改變，電 晶體 M₁的等效電阻也將改變。由於脈波在經過 RC 延遲後，其上升以及下降邊 緣會有所偏差，間接地會改變其脈波的原始寬度，若持續的進入下一級延遲元 件，其脈波寬度將會明顯的改變，這改變會影響脈波是否能夠順利的傳遞。為了 使波寬能不被影響，因此我們在 RC 電路之後，加入了一個 半穿透暫存器 (Half-Transparent, HT)，如圖 4-9 所示，作為脈波產生器，配合回授的邏輯閘，可 維持住產生的脈波波寬，也有足夠的驅動能力輸入至下一級延遲元件。

rst Q

HT

D

Vc

start

start D

S X M

M

圖 4-8 延遲元件

Qb Q

clk clk

rst

圖 4-9 半穿透暫存器

最後，在延遲元件的前端，我們故意加入了永遠保持關閉的開關 S，為的是 與循環式壓控延遲線中的回授開關 sw₂做匹配，使得脈波在進行延遲傳遞時，能 夠經過一樣的負載。換句話說，在第一級延遲元件內，是沒有開關 S 的，如圖 4-10 所示。

sw

vin

sw

A Vc

D

D

D

D

D

圖 4-10 第一級延遲元件並無開關 S

為了符合系統規格，每級延遲元件的延遲時間為 85ps，我們設計波寬為 200ps，並且考慮了製程變異造成不同波寬，滿足波寬 200ps 小於延遲時間 8*85ps。

4.1.1.3 相位頻率偵測器

如圖 4-11 所示，為本論文所使用的相位頻率偵測器，而一般由兩組半穿透暫 存器以及 NOR 邏輯閘組成，為了使此相位頻率偵測器在電路啟動時，不會有錯

誤的偵測，因此加入了 OR 閘由啟始控制信號 start 來給予相位頻率偵測器初始值。

動作原理其實和傳統使用 D 型正反器組成的相位頻率偵測器相同，同樣半穿 透暫存器是正緣觸發，來偵測輸入信號，而 NOR 邏輯閘來重置控制信號 UP 和 DN。傳統 D 型正反器組成的相位頻率偵測器，重置時間會過長，反而限制了操 作頻率，相較於傳統相位頻率偵測器，半穿透暫存器的電晶體較少，反而有較寬 的操作範圍。

UP

DN start

vin2_pfd

D8_pfd D8_pfd

vin2_pfd

圖 4-11 相位頻率偵測器