[发明专利]作为展布频谱时钟发生器的非线性反馈控制环路

说明书

相关申请的交叉引用

本申请涉及并要求下述申请的优先权：2005年11月7日申请的60/734,222号美国临时申请；2005年11月17日申请的60/737,592号美国临时申请；2005年12月6日申请的60/742,764号美国临时申请；2006年1月4日申请的60/756,040号美国临时申请；2006年1月10日申请的60/757,645号美国临时申请；2006年6月27日申请的60/805,900号美国临时申请；2006年7月6日申请的60/806,639号美国临时申请；2006年8月23日申请的60/823,339号美国临时申请；2006年9月23日申请的60/827,288号美国临时申请；并且涉及2005年7月28日申请的PCT/US05/26842号PCT申请；以及2006年5月4日申请的PCT/US06/17856号PCT申请，上述申请的全部内容通过引用结合在本文中。

技术领域

本发明涉及数字信号处理领域，特别地，本发明涉及改进展布频谱时钟发生的方法、电路和系统。

背景技术

在过去的十年中，展布频谱时钟发生器已经在电子产品尤其是PC中变得非常普遍。这个技术可以有效地降低时钟信号的乱真辐射的峰值强度和来自PC的谐波，这样，能以更少的RF屏蔽，换句话说，以更少的成本、重量和时间来制造PC，并仍然能够达到FCC为电子产品设置的电磁场干扰(EMI)要求。该技术的原理是将时钟信号的频率均匀地扩展为小比率时钟频率的带宽，这样，辐射的时钟信号能量将不会一直处于一个固定的频率。结果是，时钟频率处的时钟信号及其谐波的乱真辐射的峰值强度与其谐波被展开并被大大地降低。乱真辐射的峰值的减少量由时钟信号如何被扩展来确定。扩展时钟信号的频率的最常用的方法是使用具有线性斜升和斜降的三角调制信号来在小比率时钟频率的范围内均匀地扩展时钟信号的频率。以三角调制信号扩展的时钟的典型响应如图1所示。该扩展可以通过扩展损耗102有效地降低时钟信号辐射的峰值强度，该扩展损耗102在现有技术中的典型值只在8-14db。遗憾地是，因为时钟信号长时间处于扩展的两端，通过三角调制的扩展，时钟信号的能量频谱总是必然地在时钟频谱的两端达到顶峰。在过去十年产生了很多技术来改进扩展波形，使得时钟能量更均匀地扩展，但是所有这些现有方法仅能做到这么多，因为所有今天使用的扩展功能均是确定性的，同时需要随机噪声来如图1所示真正均匀地扩展时钟信号。遗憾地是，使用现有技术在IC内部实现展布频谱时钟系统来用随机噪声扩展时钟信号是非常困难的。因此，人们期待一种用随机噪声更均匀地扩展时钟信号的更好更简单的方法，来更好地降低时钟信号及其谐波产生的乱真辐射的峰值强度。

当前，有很多扩展时钟信号的方法，最简单的方法是抖动(dither)PLL的可编程分频器来产生经调制的时钟信号，最复杂的方法是使用查找表(look-up table)存储时钟信号的调制的扩展功能。两种方法产生平滑的调制信号来扩展VCO的频率。5610955号美国专利代表第一种方法而6377646B1号美国专利代表第二种方法。如前面所解释的，这些方法产生平稳的确定的功能来调制VCO，这样乱真时钟辐射信号的能量水平仍非常集中。结果是，现有技术仅能根据扩展比率将峰值乱真时钟辐射能量降低8-14db。美国专利5506545通过使用噪声源扩展VCO提供模拟方案。这个方案为时钟信号提供了真实的随机宽带扩展；但是，在集成电路内部实施该模拟设计是很困难的。

发明内容

这里提出了四种采用适合于IC执行的主要数字设计通过非线性反馈控制环路来产生展布频谱时钟信号的新方法和系统。这些技术基于的原理是使非线性反馈控制环路不稳定并在一定频率上振荡。同时，我们也让环路的固有宽带噪声控制环路的反馈模块的调制。宽带噪声调制以如图1所示的相同的频谱展布量，能够提供比三角调制的扩展损耗102更高的扩展损耗161来降低乱真时钟辐射的峰值能量。带宽随机噪声调制的时钟信号的能量频谱也比三角调制方法调制的时钟信号的能量频谱更平滑。对于宽带随机噪声调制的时钟信号，由于时钟信号不再规则地处于一个频率或相位，乱真时钟辐射信号的能量被降低到可能的最小值。结果是，在相同的扩展比率下，随机噪声调制与传统三角调制相比可以大大改进扩展损耗。