反饋控制系統和方法
2023-12-04 17:28:36
專利名稱：反饋控制系統和方法
技術領域：
本發明涉及一種半導體集成電路(IC)，更具體的，涉及一種消除噪聲的方法及其系統，所述噪聲是在利用反饋來控制半導體集成電路(IC)的模擬信號時所產生的。
背景技術：
用於半導體集成電路(IC)的模擬電路反饋它自己的輸出，並將該反饋輸出與參考信號的電平進行比較，以便獲得所希望的輸出電平。模擬電路包括鎖相環路(PLL)或延遲鎖定環路(DLL)以及用於輸出驅動器的阻抗控制電路或輸出電流控制電路。
為控制模擬電路的輸出，應當提供將模擬電路的輸出與參考值進行比較的檢測器、接收檢測器的輸出並控制模擬電路的輸出值的控制器、以及存儲和表示當前狀態的狀態機(state-machine)。
反饋控制方法包括模擬反饋控制方法和數字反饋控制方法。在模擬反饋控制方法中，檢測器的輸出是與參考值和模擬電路的輸出電平的差值成正比的模擬電平，其中狀態機的狀態表示連續值。因此，輸出狀態也表示連續值。
相反，在數字反饋控制方法中，檢測器的輸出具有一個諸如1或0的有限離散值，並且通過改變有限狀態機(FSM)(主要地，計數器)的值並基於所述值來控制模擬電路而獲得輸出值，所述有限狀態機是狀態機。因此，在數字反饋控制方法中，輸出值不是連續的而是根據FSM的大小和分辨力而量化的。
模擬反饋控制方法和數字反饋控制方法兩者都具有優點和缺點。但是，由於利用FSM進行控制，存儲了當前狀態並且可以進行多種處理，因此廣泛使用數字反饋控制方法。
圖1是利用模擬電路執行的傳統數字反饋控制方法的方框圖。
檢測器110將當前輸出值OUT與參考值REF進行比較，並確定輸出的變化方向。根據確定結果，檢測器110輸出上升信號或下降信號UP/DOWN，計數器130響應上升信號或下降信號UP/DOWN來控制有限狀態機(FSM)120的計數器130的值。
將計數器130的輸出施加到數字-模擬轉換器(DAC)140，並將其轉換成模擬控制信號CTRL，並且利用該轉換的模擬控制信號CTRL來控制模擬電路的輸出值OUT，即發生器150的輸出值OUT。
例如，如果當前輸出值OUT小於所希望的參考值REF，則檢測器110通過生成上升信號UP來增大計數器130的值。結果，模擬控制信號CTRL的電平升高。從而，輸出值OUT增大並且達到參考值REF。通過重複上述操作，輸出值OUT幾乎與參考值相同。
從輸出值OUT幾乎與參考值REF相同時重複基於參考值REF的往復(coming and going)，並且將其稱為開關式(bang-bang)。例如，如果輸出值OUT比參考值REF小一點，則檢測器110生成上升信號UP並將輸出值OUT增大1。
但是，如果輸出值OUT增大1後的值高於參考值REF，則在下一個比較操作期間，檢測器110生成下降信號DOWN並控制輸出值OUT返回其初始狀態，並且繼續重複上述的操作。上述的操作被稱為開關式操作，並示於圖2中。
開關式操作引起對於模擬輸出值的噪聲分量。在延遲鎖定環路(DLL)中還引起跳動噪聲。
發明內容
本發明提供一種能夠消除輸出噪聲的反饋控制方法。
本發明還提供一種能夠消除輸出噪聲的反饋控制系統。
根據本發明的一個方面，提供一種反饋控制方法，該方法包括步驟(a)將參考信號的電平與第一和第二信號的電平進行比較；(b)如果第一和第二信號的電平低於參考信號的電平，則生成第一控制信號；如果第一和第二信號的電平高於參考信號的電平，則生成第二控制信號；如果參考信號的電平在第一信號的電平與第二信號的電平之間，則生成第三控制信號；(c)響應於第一至第三控制信號來控制輸出信號的電平；(d)輸出受控制的輸出信號並生成第一信號和第二信號。
在一個實施例中，步驟(c)包括步驟(c1)響應於第一至第三控制信號來增大預定的數字值，並輸出增大的數字值；(c2)將輸出的數字值轉換成模擬值的輸出控制信號；和(c3)響應於所述輸出控制信號來控制輸出信號的電平。
在一個實施例中，所述第一控制信號被用來升高輸出信號的電平，所述第二控制信號被用來降低輸出信號的電平，所述第三控制信號被用來保持輸出信號的電平。
第一信號的電平可以比輸出信號的電平高預定的偏移，第二信號的電平比輸出信號的電平低所述的偏移。
第一信號和第二信號中的一個可以具有與輸出信號的電平相同的電平，而另一個具有比輸出信號的電平高或低預定的偏移的電平。
根據本發明的另一個方面，提供一種反饋控制系統。該系統包括檢測器、控制器和輸出信號生成器。
檢測器將參考信號的電平與第一和第二信號的電平進行比較。如果第一和第二信號的電平低於參考信號的電平，則檢測器生成第一控制信號；如果第一和第二信號的電平高於參考信號的電平，則檢測器生成第二控制信號。如果參考信號的電平在第一信號的電平與第二信號的電平之間，則生成第三控制信號。控制器響應於第一至第三控制信號而生成用於控制輸出信號的電平的輸出控制信號。輸出信號生成器響應於輸出控制信號而輸出受控制的輸出信號並生成第一信號和第二信號。
控制器包括計數器，其響應於所述第一至第三控制信號而計數數字值並輸出該數字值；以及數字-模擬轉換器，其將計數器的輸出轉換成模擬值的輸出控制信號。
在一個實施例中，第一控制信號被用來升高輸出信號的電平，第二控制信號被用來降低輸出信號的電平，第三控制信號被用來保持輸出信號的電平。在一個實施例中，所述第一信號的電平比輸出信號的電平高預定的偏移，所述第二信號的電平比輸出信號的電平低所述的偏移。在一個實施例中，所述第一信號和第二信號中的一個具有與輸出信號的電平相同的電平，而另一個具有比輸出信號的電平高或低預定的偏移的電平。
根據本發明的另一個方面，提供一種輸出驅動器電流控制電路，該電路包括檢測器、計數器和輸出驅動器控制器。
檢測器將參考電流的電平與第一和第二信號的電平進行比較，如果第一和第二信號的電平低於參考電流的電平，則生成第一控制信號。如果第一和第二信號的電平高於參考電流的電平，則檢測器生成第二控制信號；如果參考電流的電平在第一信號的電平與第二信號的電平之間，則檢測器生成第三控制信號。
計數器響應於第一至第三控制信號而輸出用於控制輸出驅動器的電流電平的第一計數器位和第二計數器位。輸出驅動器控制器響應於第一計數器位和第二計數器位而控制輸出驅動器的電流電平，並生成第一信號和第二信號。
在一個實施例中，所述檢測器包括第一比較部件，其將第一信號的電平與參考電流的電平進行比較；第二比較部件，其將第二信號的電平與參考電流的電平進行比較；確定部件，其響應於第一比較部件和第二比較部件的輸出而生成第一至第三控制信號。
在一個實施例中，輸出驅動器控制器包括第一輸出驅動器，其響應於第一計數器位來控制輸出驅動器的電流電平，並輸出對應於受控制的電流電平的第一信號；和第二輸出驅動器，其響應於第二計數器位來控制輸出驅動器的電流電平，並輸出對應於受控制的電流電平的第二信號。
第一控制信號可以被用來升高輸出信號的電平，第二控制信號可以被用來降低輸出信號的電平，第三控制信號可以被用來保持輸出信號的電平。
所述輸出驅動器電流控制電路可以安裝在Rambus DRAM(內存總線式動態隨機存取存儲器)上。
從如附圖中所示的、本發明實施例的更加具體的描述中，本發明的上述和其他特徵和優點將會更加明顯。附圖不必按照比例，而是重點在於圖解說明本發明的原理。
圖1是利用模擬電路執行的傳統數字反饋控制方法的方框圖。
圖2圖解了開關式操作。
圖3是根據本發明的反饋控制方法的流程圖。
圖4是根據本發明的反饋控制系統的方框圖。
圖5是根據本發明實施例的輸出驅動器電流控制電路的方框圖。
圖6是在其中將本發明應用於內存總線式動態隨機存取存儲器(RambusDRAM)的延遲鎖定環路(DLL)的方框圖。
具體實施例方式
圖3是根據本發明的反饋控制方法的流程圖。參照圖3，在步驟310，將參考信號的電平與第一和第二信號的電平進行比較。如果第一和第二信號的電平低於參考信號的電平，則在步驟320生成第一控制信號。如果第一和第二信號的電平高於參考信號的電平，則如步驟330和340所示生成第二控制信號。如果參考信號的電平在第一信號的電平和第二信號的電平之間，則在步驟350生成第三控制信號。
在步驟360，響應第一至第三控制信號來控制輸出信號的電平，輸出受控制的輸出信號，並生成第一信號第二信號。
圖4是根據本發明的反饋控制系統的方框圖。
下文中，將參照圖3和圖4詳細描述根據本發明的反饋控制系統及其方法。
在一個實施例中，通過圖4的檢測器410執行步驟310至350的操作，通過圖4的控制器420和輸出信號生成器450執行步驟360的操作。反饋第一和第二信號S1和S2而不是輸出信號OUT，以和參考信號REF進行比較。
在第一信號S1和第二信號S2的電平之間存在微小的差異，並且第一信號S1和第二信號S2的值與輸出信號OUT的電平非常接近。即，第一信號S1的電平可以比輸出信號OUT的電平高預定的偏移，第二信號S2的電平可以比輸出信號OUT的電平低所述偏移。
可選的，第一信號S1和第二信號S2中的一個具有與輸出信號OUT的電平相同的電平，而另一個具有比輸出信號OUT的電平高或低預定的偏移的電平。
這裡，所述偏移是對應於圖4的計數器430中的1位變化的輸出信號OUT的電平變化量。隨著輸出信號OUT的電平被改變，第一和第二信號S1和S2的電平也被改變。
通過將第一信號S1、第二信號S2和參考信號REF進行比較，檢測器410可以輸出三個狀態。
如果第一信號S1和第二信號S2的電平都低於參考信號REF的電平，則檢測器410生成用於升高輸出信號OUT的電平的第一控制信號CTRL1。如果第一信號S1和第二信號S2的電平都高於參考信號REF的電平，則檢測器410生成用於降低輸出信號OUT的電平的第二控制信號CTRL2。
另外，如果第一信號S1的電平高於參考信號REF的電平並且第二信號S2的電平低於參考信號REF的電平，則檢測器410生成用於保持輸出信號OUT的電平的第三控制信號CTRL3。
如果輸出信號OUT的電平明顯與參考信號REF的電平不同，則檢測器410生成第一控制信號CTRL1或第二控制信號CTRL2。本領域的技術人員將容易理解如何根據前面的描述來構造檢測器410。
第一控制信號CTRL1或第二控制信號CTRL2被用來增大或減小計數器430的數字值。數字-模擬轉換器(DAC)440將計數器430的輸出轉換為模擬信號並生成作為輸出控制信號OUTCTRL。將所述輸出控制信號OUTCTRL施加到輸出信號生成器450，並用來升高或降低輸出信號OUT的電平。
本領域的技術人員將容易理解如何構造輸出信號生成器450，該輸出信號生成器450響應於輸出控制信號OUTCTRL控制輸出信號OUT的電平，並生成對於輸出信號OUT的電平具有預定偏移的第一信號S1和第二信號S2。
通過上面的操作，輸出信號OUT的電平變得逐漸接近於參考信號REF的電平。如果參考信號REF的電平在第一信號S1和第二信號S2的電平之間，檢測器410生成第三控制信號CTRL3。
第三控制信號CTRL3被用來將計數器430的數字值保持在當前狀態，隨後被用來將輸出信號OUT的電平保持在當前狀態。從而，可以消除在開關式操作中產生的輸出信號OUT的噪聲。
如果參考信號REF的電平變化，則輸出信號OUT的電平也跟隨參考信號REF。
圖5是根據本發明實施例的輸出驅動器電流控制電路的方框圖。
參照圖5，輸出驅動器電流控制電路500包括檢測器530、計數器520和輸出驅動器控制器510。
檢測器530將參考電流REFC的電平與第一和第二信號S1和S2的電平進行比較，如果第一和第二信號S1和S2的電平低於參考電流REFC的電平，則生成第一控制信號；如果第一和第二信號S1和S2的電平高於參考電流REFC的電平，則生成第二控制信號；如果參考電流REFC的電平在第一信號S1的電平和第二信號S2的電平之間，則生成第三控制信號CTRL3。
計數器520響應於第一至第三控制信號CTRL1、CTRL2和CTRL3輸出用於控制輸出驅動器的電流電平的第一計數器位CCBIT1和第二計數器位CCBIT2。輸出驅動器控制器510響應於第一計數器位CCBIT1和第二計數器位CCBIT2控制輸出驅動器的電流電平，並生成第一信號S1和第二信號S2。
下文中，將參照圖5詳細描述根據本發明實施例的輸出驅動器電流控制電路的操作。
典型Rambus DRAM的輸出單元包括多個輸出驅動器，每個輸出驅動器連接至多個輸出端衰減器(output pad)(未示出)中的每一個。每個輸出驅動器從存儲器陣列(未示出)接收數據並通過每個輸出端衰減器將該數據輸出至外部。
輸出驅動器包括多個電晶體對，在所述電晶體對中接收數據的NMOS電晶體和接收從預定的計數器輸出的計數器位的NMOS電晶體串行連接。從計數器輸出的計數器位被用來導通或截止相應的NMOS電晶體，並用來控制輸出驅動器的電流電平。
在典型的Rambus DRAM中，僅利用一個輸出驅動器以開關式控制方式將整個輸出驅動器的電流電平保持在大約28.6mA。
但是，如果輸出驅動器的電流電平達到了所希望的電平，圖5的輸出驅動器電流控制電路500利用對於兩個輸出驅動器DRV1和DRV2具有預定的偏移的第一和第二計數器位CCBIT1和CCBIT2來保持輸出驅動器的電流電平。
輸出驅動器控制器510包括第一輸出驅動器DRV1和第二輸出驅動器DRV2。第一輸出驅動器DRV1響應於第一計數器位CCBIT1來控制第一輸出驅動器DRV1的電流電平，並輸出對應於第一輸出驅動器DRV1的受控制的電流電平的第一信號S1。
第二輸出驅動器DRV2響應於第二計數器位CCBIT2來控制第二輸出驅動器DRV2的電流電平，並輸出對應於第二輸出驅動器DRV2的受控制的電流電平的第二信號S2。
第一和第二輸出驅動器DRV1和DRV2響應於第一和第二計數器位CCBIT1和CCBIT2根據NMOS電晶體是否導通來確定第一和第二輸出驅動器DRV1和DRV2的電流電平。
檢測器530將參考電流REFC的電平與第一和第二信號S1和S2的電平進行比較。第一信號S1對應於第一輸出驅動器DRV1的電流電平，第二信號S2對應於第二輸出驅動器DRV2的電流電平。
檢測器530包括第一比較部件540、第二比較部件550和確定部件560。第一比較部件540將第一信號S1的電平與參考電流REFC的電平進行比較。第二比較部件550將第二信號S2的電平與參考電流REFC的電平進行比較。
確定部件560響應於第一比較部件540及第二比較部件550的輸出而生成第一至第三控制信號CTRL1、CTRL2和CTRL3。
如果第一和第二信號S1和S2的電平都低於參考電流REFC的電平，則確定部件560生成用於升高第一和第二輸出驅動器DRV1和DRV2的電流電平的第一控制信號CTRL1。
如果第一和第二信號S1和S2的電平都高於參考電流REFC的電平，則確定部件560生成用於降低第一和第二輸出驅動器DRV1和DRV2的電流電平的第二控制信號CTRL2。
如果參考電流REFC的電平在第一信號S1的電平和第二信號S2的電平之間，則確定部件560生成用於保持第一和第二輸出驅動器DRV1和DRV2的電流電平的第三控制信號CTRL3。
計數器520響應於第一至第三控制信號CTRL1、CTRL2和CTRL3而輸出用於控制第一和第二輸出驅動器DRV1和DRV2的電流電平的第一計數器位CCBIT1和第二計數器位CCBIT2。如果接收到第一控制信號CTRL1，則計數器520通過執行向上計數操作生成第一計數器位CCBIT1和第二計數器位CCBIT2作為較大值。
然後，第一和第二輸出驅動器DRV1和DRV2的電流電平被升高，並且第一和第二信號S1和S2的電平變為接近於參考電流REFC的電平。
如果接收到第二控制信號CTRL2，則計算器520通過執行向下計數操作生成第一計算器位CCBIT1和第二計數器位CCBIT2作為較小值；然後，第一和第二輸出驅動器DRV1和DRV2的電流電平被減小，並且第一和第二信號S1和S2的電平變為接近於參考電流REFC的電平。
在重複上述操作之後，並且如果參考電流REFC的電平在第一信號S1的電平和第二信號S2的電平之間，則確定部件560生成第三控制信號CTRL3，並且計數器520保持當前計數器值。然後，第一計數器位CCBIT1和第二計數器位CCBIT2保持恆定以使得第一和第二輸出驅動器DRV1和DRV2的電流電平保持恆定。
輸出驅動器的電流電平不能保持在開關式狀態，但是可以利用圖5的輸出驅動器電流控制電路500將其保持為恆定。
圖6是圖解說明在其中將本發明應用於Rambus DRAM的延遲鎖定環路(DLL)的結構的方框圖。
典型Rambus DRAM的延遲鎖定環路(DLL)(未示出)在一個參考相位環路中生成八個相位向量，並響應於計數器位從該八個相位向量中選擇兩個相位向量。通過相位混合器將所選擇的兩個相位向量進行混合，成為具有所希望的相位的信號，並輸出至時鐘緩衝器。
圖6示出了一個在其中將本發明應用於Rambus DRAM的DLL實施例。
第一和第二相位選擇器620和630響應於第一和第二計數器位BIT1和BIT2，從自參考相位環路610輸出的八個相位向量k0至k7中選擇兩個相位向量，並輸出所選擇的兩個相位向量。第一和第二相位混合器640和650將每個接收到的相位向量相互混合，並將具有所希望的相位的信號輸出至時鐘緩衝器。
在這一情形中，計數器660接收輸出至時鐘緩衝器的第一相位混合器640的輸出和第二相位混合器650的輸出，並生成第一和第二計數器位BIT1和BIT2。第一計數器位BIT1比第二計數器位BIT2大或小1。
將第一計數器位BIT1施加到第一相位選擇器620並選擇一個信號，該信號具有比由第二計數器位BIT2所選擇的相位大或小預定數量的相位。
然後，通過控制第一和第二計數器位BIT1和BIT2，可以產生一個相位向量，該相位向量具有所選擇的相位向量之間的、所希望的相位，並且可以將具有預定相位而沒有開關式噪聲的信號輸出至時鐘緩衝器。
如上所述，在根據本發明的反饋控制方法和系統中，可以消除當利用反饋來控制半導體集成電路(IC)的模擬信號時產生的輸出噪聲。
雖然已經參考本發明的優選實施例詳細示出和描述了本發明，但本領域的技術人員應當明白，可以在不背離如附加的權利要求所限定的本發明的精神和範圍的情況下，對本發明在形式和細節上作出各種變化。
權利要求
1.一種反饋控制方法，包括步驟(a)將參考信號的電平與第一和第二信號的電平進行比較；(b)如果第一和第二信號的電平低於參考信號的電平，則生成第一控制信號；如果第一和第二信號的電平高於參考信號的電平，則生成第二控制信號；如果參考信號的電平在第一信號的電平與第二信號的電平之間，則生成第三控制信號；(c)響應於所述第一至第三控制信號來控制輸出信號的電平；(d)輸出受控制的輸出信號並生成第一信號和第二信號。
2.如權利要求1所述的方法，其中所述第一控制信號被用來升高輸出信號的電平，所述第二控制信號被用來降低輸出信號的電平，所述第三控制信號被用來保持輸出信號的電平。
3.如權利要求1所述的方法，其中所述第一信號的電平比輸出信號的電平高預定的偏移，所述第二信號的電平比輸出信號的電平低所述的偏移。
4.如權利要求1所述的方法，其中所述第一信號和第二信號中的一個具有與輸出信號的電平相同的電平，而另一個具有比輸出信號的電平高或低預定的偏移的電平。
5.如權利要求1所述的方法，其中所述步驟(c)包括步驟(c1)響應於所述第一至第三控制信號來增大預定的數字值，並輸出增大的數字值；(c2)將輸出的數字值轉換成模擬值的輸出控制信號；和(c3)響應於所述輸出控制信號來控制輸出信號的電平。
6.一種控制反饋系統，包括檢測器，其將參考信號的電平與第一和第二信號的電平進行比較，如果第一和第二信號的電平低於參考信號的電平，則生成第一控制信號；如果第一和第二信號的電平高於參考信號的電平，則生成第二控制信號；如果參考信號的電平在第一信號的電平與第二信號的電平之間，則生成第三控制信號；控制器，其響應於所述第一至第三控制信號而生成用於控制輸出信號的電平的輸出控制信號；和輸出信號生成器，其響應於輸出控制信號而輸出受控制的輸出信號並生成第一信號和第二信號。
7.如權利要求6所述的系統，其中所述控制器包括計數器，其響應於所述第一至第三控制信號而計數數字值並輸出該數字值；和數字-模擬轉換器，其將計數器的輸出轉換成模擬值的輸出控制信號。
8.如權利要求6所述的系統，其中所述第一控制信號被用來升高輸出信號的電平，所述第二控制信號被用來降低輸出信號的電平，所述第三控制信號被用來保持輸出信號的電平。
9.如權利要求6所述的系統，其中所述第一信號的電平比輸出信號的電平高預定的偏移，所述第二信號的電平比輸出信號的電平低所述的偏移。
10.如權利要求6所述的系統，其中所述第一信號和第二信號中的一個具有與輸出信號的電平相同的電平，而另一個具有比輸出信號的電平高或低預定的偏移的電平。
11.一種輸出驅動器電流控制電路，包括檢測器，其將參考電流的電平與第一和第二信號的電平進行比較，如果第一和第二信號的電平低於參考電流的電平，則生成第一控制信號；如果第一和第二信號的電平高於參考電流的電平，則生成第二控制信號；如果參考電流的電平在第一信號的電平與第二信號的電平之間，則生成第三控制信號；計數器，其響應於所述第一至第三控制信號而輸出用於控制輸出驅動器的電流電平的第一計數器位和第二計數器位；和輸出驅動器控制器，其響應於所述第一計數器位和第二計數器位而控制輸出驅動器的電流電平，並生成第一信號和第二信號。
12.如權利要求11所述的電路，其中所述檢測器包括第一比較部件，其將第一信號的電平與參考電流的電平進行比較；第二比較部件，其將第二信號的電平與參考電流的電平進行比較；確定部件，其響應於第一比較部件和第二比較部件的輸出而生成第一至第三控制信號。
13.如權利要求11所述的電路，其中所述輸出驅動器控制器包括第一輸出驅動器，其響應於第一計數器位來控制輸出驅動器的電流電平，並輸出對應於受控制的電流電平的第一信號；和第二輸出驅動器，其響應於第二計數器位來控制輸出驅動器的電流電平，並輸出對應於受控制的電流電平的第二信號；
14.如權利要求11所述的電路，其中所述第一控制信號被用來升高輸出信號的電平，所述第二控制信號被用來降低輸出信號的電平，所述第三控制信號被用來保持輸出信號的電平。
15.如權利要求11所述的電路，其中所述輸出驅動器電流控制電路安裝在Rambus DRAM上。
全文摘要
提供一種反饋控制系統及其方法。所述反饋控制方法包括(a)將參考信號的電平與第一和第二信號的電平進行比較，(b)如果第一和第二信號的電平低於參考信號的電平，則生成第一控制信號；如果第一和第二信號的電平高於參考信號的電平，則生成第二控制信號；如果參考信號的電平在第一信號的電平與第二信號的電平之間，則生成第三控制信號；(c)響應於第一至第三控制信號來控制輸出信號的電平，(d)輸出受控制的輸出信號並生成第一信號和第二信號。
文檔編號G06G7/00GK1574615SQ200410046529
公開日2005年2月2日 申請日期2004年6月1日 優先權日2003年6月3日
發明者鄭人榮 申請人:三星電子株式會社