《電子技術(shù)應(yīng)用》
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用于SoC電源噪聲測(cè)量的低溫漂VCO
2021年電子技術(shù)應(yīng)用第6期
翟鵬飛1，周 雄1，李 強(qiáng)1，2
1.電子科技大學(xué) 電子科學(xué)與工程學(xué)院，四川 成都610054； 2.琶洲實(shí)驗(yàn)室-人工智能與數(shù)字經(jīng)濟(jì)廣東省實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州510330
摘要： 提出了適用于片上系統(tǒng)(SoC)電源噪聲測(cè)量的帶兩級(jí)溫度補(bǔ)償?shù)幕诃h(huán)路壓控振蕩器(ring VCO)的量化器。通過粗略和精細(xì)兩級(jí)溫度補(bǔ)償電路得到更低溫漂的ring VCO。在粗略補(bǔ)償一級(jí)中，將正比于溫(PTAT)的電流注入尾限流管控制的ring VCO中，用來(lái)補(bǔ)償VCO中較大的溫度系數(shù)；在精細(xì)補(bǔ)償一級(jí)中，用一個(gè)VCO復(fù)制電路來(lái)感知溫度的變化，并將感知到的溫度變化信息傳遞給量化器中的VCO，從而進(jìn)一步自適應(yīng)調(diào)整VCO量化器的振蕩頻率?；?0 nm工藝，設(shè)計(jì)一款工作在1.1 V電源電壓下的兩級(jí)溫度補(bǔ)償ring VCO，并對(duì)其進(jìn)行了電路仿真，其輸出信號(hào)的振蕩頻率約為4.3 GHz，在-40 ℃～125 ℃的溫度變化范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了15.5 ppm/℃的溫漂值。
中圖分類號(hào)： TN402
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.201230
中文引用格式： 翟鵬飛，周雄，李強(qiáng). 用于SoC電源噪聲測(cè)量的低溫漂VCO[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2021，47(6)：46-50，61.
英文引用格式： Zhai Pengfei，Zhou Xiong，Li Qiang. A low temperature drift VCO for SoC power supply noise measurement[J]. Application of Electronic Technique，2021，47(6)：46-50，61.
A low temperature drift VCO for SoC power supply noise measurement
Zhai Pengfei1，Zhou Xiong1，Li Qiang1，2
1.School of Electronic Science and Engineering，University of Electronic Science and Technology of China，Chengdu 610054，China； 2.Pazhou Lab(Guangdong Artificial Intelligence and Digital Economy Laboratory(Guangzhou))，Guangzhou 510330，China
Abstract： This paper presents a two-stage temperature compensated ring VCO-based quantizer for on-chip power supply noise measurement. To achieve a lower temperature coefficient, the coarse and fine temperature compensated stages are both exploited. In the coarse stage, a proportional-to-absolute-temperature(PTAT) current injects in the current starved ring VCO to compensate the large part of the temperature coefficient of the VCO, and as the fine compensated stage, a replica VCO is employed to sense temperature variation and further adjust the oscillation frequency of the VCO adaptively. The ring VCO-based quantizer is operated at a 1.1 V supply. The simulation results show the output frequency of the VCO is 4.3 GHz, and it achieves a low temperature sensitivity of 15.5 ppm/℃ over the range from -40 ℃ to 125 ℃ with the two-stage temperature compensation.
Key words : temperature compensation；ring oscillator；VCO-based quantizer；power supply noise measurement

0 引言

    在現(xiàn)代片上系統(tǒng)(SoC)中，電源電壓噪聲(PSN)問題變得越來(lái)越嚴(yán)重，尤其是當(dāng)工藝尺寸不斷減小，電源電壓不斷下降時(shí)，甚至?xí)鹗瓜到y(tǒng)功能出錯(cuò)的時(shí)序問題[1-6]。為了更好地對(duì)芯片進(jìn)行設(shè)計(jì)、測(cè)試和調(diào)試，需要有效且準(zhǔn)確地診斷PSN相關(guān)的問題，并對(duì)電源網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行建模[12-15]。

    一種在片上測(cè)量電源中具有周期平穩(wěn)特性的寬帶噪聲的方法是用兩個(gè)低速模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)來(lái)測(cè)量噪聲自相關(guān)函數(shù)，再對(duì)自相關(guān)函數(shù)進(jìn)行傅里葉變化，得到的頻譜就是噪聲的功率譜[4，11]。因?yàn)殡娫瓷系脑肼曇淮蟛糠质桥c系統(tǒng)的時(shí)鐘周期相關(guān)的，具有周期平穩(wěn)特性，所以對(duì)周期平穩(wěn)特性噪聲測(cè)量是很有意義的。低速ADC中的量化器可以采用基于環(huán)形壓控振蕩器(ring VCO)的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)使得測(cè)量帶寬高達(dá)20 GHz[5-6]，滿足對(duì)片上高頻噪聲的測(cè)量需求。




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作者信息：

翟鵬飛1，周  雄1，李  強(qiáng)1，2

(1.電子科技大學(xué) 電子科學(xué)與工程學(xué)院，四川 成都610054；

2.琶洲實(shí)驗(yàn)室-人工智能與數(shù)字經(jīng)濟(jì)廣東省實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州510330)




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