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状态测量和数传的调整 信号使用抽取样品技术的随意 轻率的南加州散步道 del Rey 、加州 -90292, 美国 bhatti@ 的 Zafar Bhatti EE- 系统部门大学 Monty Denneau IBM T。 J。 沃森研究中央的 Yorktown 高度, NY 10598 denneau@ 南加州散步道 del Rey 、加州 -90292, 美国 draper@ 的杰夫裙子信息科学学会大学 摘要-这纸介绍尺寸和 ust 给技术认识比较状态在-之上使用抽取样品推理统计学的技术的随意的薄片高速数传信号。 被提议的技术同样地在数传系统的作信号中适用于时间安排不确定缓...全部

  状态测量和数传的调整 信号使用抽取样品技术的随意 轻率的南加州散步道 del Rey 、加州 -90292, 美国 bhatti@ 的 Zafar Bhatti EE- 系统部门大学 Monty Denneau IBM T。
  J。 沃森研究中央的 Yorktown 高度, NY 10598 denneau@ 南加州散步道 del Rey 、加州 -90292, 美国 draper@ 的杰夫裙子信息科学学会大学 摘要-这纸介绍尺寸和 ust 给技术认识比较状态在-之上使用抽取样品推理统计学的技术的随意的薄片高速数传信号。
   被提议的技术同样地在数传系统的作信号中适用于时间安排不确定缓和被呈现当做一个例子; 比较的状态数据用来将时间安排歪斜减到最少。 被提议的线路同时地随意取得在测量下面的 thesignals 的状态时间的立即而且收集一笔大的样品数据估计在信号之间的比较状态。
   藉由小心地预先考虑样品大小、准确性和结果的信心能被设定成一个水平当做高度当做需要。 正确地感觉比较的状态的价值使订正线路能够减少最大的订正错误, 一点也不一半的最大延迟决议调整可用的单位。 纯粹的标准以细胞为基础的线路设计方法被用那减少全部的设计时间和线路复杂。
   被提议线路载货单一个非常接近的相互关系的测验结果到那模拟而且理论上期望结果。抽取样品单位 (RSU) 线路的随意计划了，因为状态在这纸的测量占领 130个 nm 技术, 比什么小一个大小的次序的 3350(μ m)个 2个区域为它的类比相同的技术的同等物被需要。
   我。 介绍 比较的状态测量和埋入一枚薄片里的深处的数传信号的调整为正确的功能性或特定系统的最佳表现变成极端地重要的。 在数据沟通线路和系统时钟的重要性-到-数据相互关系被放大, 和最大的时间安排边缘才能藉由在数据眼睛的特定点排列时钟的捕获边缘被达成。
  这能被达成过那捕获的比较状态的调整有关于数据费时。 同样地在 serializer 中-deserializer(SERDES) 技术, 时钟的多时期被用在 SERDES 发射而且取得数据。 在主要地向系统作信号的数据的时间安排不确定被分类如斜的和 跳动 [2]。
   不确定适当的到配合错误线长度、程序变化和大头针寄生, 及其他, 时间通常为一个系统是不变量在给予的操作情况而且一起被聚集叫做 " 歪斜 "。 同步的公开- 环的系统宽容歪斜以表现为代价, 也就是,藉着低周波操作，然而活跃的关闭环系统为表现交易区域，增益藉由雇用状态锁了环 (PLLs) 或者延迟锁了环 (DLLs) 。
   基本主意一活跃的关闭-环斜的酬劳将完全地减少当做多斜的当做需要。 注意很重要如果系统的操作情况不是时间改变，它不需要时常发生的调整和快速的锁定机制偿还歪斜。 在我们的早先工作 [3] 中, 我们雇用了抽取样品技术观察而且调整责任周期的统计的随意一在-之上薄片数传信号。
   在这纸中，我们表示，主意如何在 [3] 中计划了能被观察他们的比较的状态延长有关于彼此同时地观察多个信号。 被观察的数据然后用来将系统的时间安排歪斜减到最少哪里操作情况时常没有在变更。 我们也表示，抽取样品观察的随意的样品大小能如何预先想过达成高度的准确性和信心 在标准的结果之上。
   纸的其它部分依下列各项被组织。 第 2 节讨论一些传统的方法抓住服从的问题。 统计判断的映射理论使用抽取样品逐步运行数传信号的测量的随意是在第 3 节解释。 那 后来的 区段提供线路水平落实连同简短的讨论一起关于任意的时钟世代的细节。
   区段 V 表示那实验的和测验结果, 和第 6 节总结纸。 2。 早先的工作 状态测量和发现是一个第一流的 VLSI 和 ASIC 设计问题。逐步运行发现者 (PD) ，而且状态/频率发现者 (PFD) 普遍被用于被锁被锁环 [6-8] 的环和延迟的状态。
   在被锁环 (DLL) 的典型的延迟方面, 一个状态发现者向环作信号 控制线路增加, 减少或者停止环延迟调整。 同样地，在一个典型的 PLL 线路，有关于叁考信号的电压受约束的振动者 (VCO) 的输出的比较状态被 PFD 测量而且当做回应用调整 VCO 的输出。
   Soliman, 以及其他人 [5] 探究了 PDs 的设计空间和 PFDs 而且分类了有关于他们的功能性和落实远景的他们。 状态测量的设计光谱和发现线路也能被有关于线路家庭分开: (1) 类比 ,(2) 混合的-信号和 (3) 纯粹的数传。
   这纸介绍正确地被建立纯粹的数传达成的方式的一个标准的细胞测量以独特的数传信号观察技术为基础的亲戚状态, 对任何的程序或技术使设计实际手提式。 3。 理论上的框架工作 被提议的状态 measurment 设计雇用抽取样品技术观察相同的频率的二个信号的比较状态的随意。
   信号的状态同时地在这个随意时钟的边缘被取得。 任意时钟的边缘的发生被假定完全地不受在状态测量下面的信号的控制; 因此，它能用相等的可能性取得信号的所有部份。 如果这二个信号有相同的频率，而且一正在用一些未知者状态带领另一个不同，有如图 1 所显示的四个清楚的区域。
   测量状态不同我们估计那在二个信号中符合同时地取得的价值 "10" 的 " 区域 A" 的长度。 定义 p 作为对周期来说的 " 区域 A" 的比 Tcycle 也就是 p=tA/Tcycle 、和试验作为同时地取得的这二个能采取符合至在图 1, 取得试验的逻辑州 "10" 的可能性被显示的这四个区域的四清楚的价值 10,11, 01 和 00 的信号的状态 会和 p 相等。
   现在让 X 是次数 "10" 在随意的边缘被取得 在一个 n 试验的样品中费时。 从大数字 [1] 的法律，我们有: = p n 的价值被保持高度而且能预定获得在被观察的结果上的特定准确性和信心。
   P=X/n 是时代州 "10" 的数字的被观察的比例在一个 n 试验的样品中被取得。 这比例的可能性分配能接近地被接近 藉由高斯分配, 谁的低劣是μP=p 和标准偏离 (标准错误) 是 [1]。
   给 p 的信心界限根据下列相等有: p= P ± = P ±=P (2)哪里 ± zc 是表现极限的紧要关头的价值在哪一个里面成形高斯分配曲线的在铃下面的区域和信心间隔相等, 也当做信心水平知道。
   给 Adesired 信心间隔 CI 的价值 ± 能被发现被 而且它的价值时常在文学中被作成表。 它已经在 [3] 中被显示哪一为 n 的大价值信心 界限相等 (2) 能根据 P 被减少而且找 tu 图 1。
   在比较的状态测量下面的二个信号。 样品按规定尺寸制作对一个特定的信心水平和可能的被观察的错误α (p-P)符合的 n=当做下列的: （3） P 的 bserved 价值现在能使用相等被映射到比较的状态 藉由一个特定的信心和错误水平。
   它从 n 有与准确性的二次关系的相等是明显的。图 2 表演样品大小的关系用被需要的信心水平和可容忍的错误为 p 消除=0。5。(哪一符合 n 的最大价值) 一个记录 2 刻度表现用来直接地决定被所描述的二进位柜台的最适宜大小对线路落实的需要那 后来的区段。
   4。 设计观念及落实 在图 3 被显示的向大会作信号的区段图表解释状态测量和抽取样品的调整完成的随意为把时钟的捕获边缘放在被一般承认数据符号的眼睛的中央的典型问题被雇用的被提议技术的设计观念。
   线路在调整有关于要抽取样品的数据在被需要的状态的它的抽取样品的边缘时钟的路径的接收器边雇用一条可设计的延迟线。 在对数据对准步骤的时钟期间，一个已知频率 (时钟本身在这情况) 的式样在数据和时钟线被送。
   抽取样品单位的随意在任意时钟的边缘同时地取得数据的状态和时钟线。 随意抽取样品单位 测量信号之間的状态不同的记录一个观察的必需数字收到过那 图 u 图 2。 抽取样品大小和信心水平比较。 (在 p=0。
  5) 二条路径。 控制单位使用状态不同数据而且设定延迟线的轻打调整有关于藉由在这二条路径中将时间安排歪斜减到最少提供对抗时间安排不确定的最大的宽容数据线的时钟的状态。 A。 随意理论上抽取样品单位 (RSU) 只是抽取样品单位 (RSU) 的随意与一个任意的时钟一起费时的善变组成。
  (见到帕拉 " C") 如此的一个抽取样品线路的实际落实需要 metastability 的小心处理发行 snce 以闩栓住寄存器的时钟，而且输入信号可能同时地转变。 寄存器输出可以进入一个未定义的区域之内安顿-既非一个合乎逻辑的高度也不一个合乎逻辑的低点。
   在本文 [9] 中减轻一些解决存在的这一个问题。Maggioni 以及其他人和 [4] 的比较器一起使用样品和把握了。 使线路保持手提式和纯粹数传我们雇用了使用的简单的方法成瀑布落下对 demetastabilize 的善变那藉由提供它充足的时间对稳定的价值安定下来抽取样品输入信号的价值在它被其他逻辑消耗之前。
   落实抽取样品单位的随意的图表在图 4 被显示的区段, 它包括二个事件柜台。 在控制信号 " 样品 " 的任何转变， " 制止 1" 与 " 需要样品大小 (n)"一起装载而且 " 柜台 2" 是重新设定。
   在随意的每一活跃优势费时， " 柜台 1" 被渐减, 然而 " 制止 2" 被增量只有当被捕获的州以 " 区域密码 " 相配,举例来说,为区域 A的时候, 区域密码 ="10"。 当 " 制止 1" 渐减对准零位, 比较进一步的抽取样品被停止而且 " 柜台 2" 被读计算这二输入信号的状态不同。
   用的柜台的大小仰赖必需的准确性和信心水平。 我们的设计太空探险表示设计与 16 一点点柜台可能在一个谦逊的区域 (大小的 1745个细胞 0。4 μ m x 4。8 μ m 在 IBM Cu-11, 130个 nm 技术) 里面被实现而且以一个 99。
  9999% 信心水平提供 99% 准确性。 为了要系牢订正程序, 猎狗测量能最初被做与 较小的被按规定尺寸制作的样品、和比较正确的测量能与对于订正程序的结束的大大地按规定尺寸制作的样品一起运行。
   B。 状态订正错误时间安排信号的跳动适当的使补给噪音有力量是定义是意指任意的可变 [2] 的零。错误在状态内感应测量由于跳动在测量下面的信号方面被平均出为大的被按规定尺寸制作的样品对准零位, 由于它的零意指特性。
   高测量准确性由于量子化效果，做得成的完成抽取样品技术的被提议的随意经过被雇用的延迟线是可能的最大延迟调整决议使对 selectthe 延迟线将状态订正错误减到最少的轻打的控制单位能够。 为例，考虑一个需要 36 的状态调整 ° 除去歪斜而且达成最大的时间安排边缘的 500 百万赫兹系统。
   延迟的最大延迟决议 图 u 图 3。 用向大会作信号的关闭环的数传系统。 目标技术的线是 33 ps 。理想地时钟应该被延迟 400 ps, 但是最靠近的近似值能藉由选择第 12 或第 13个轻打那一项生产量 396 ps 被达成 而且分别地,429 ps 延迟。
   正确的状态测量使控制单位能够选择第 12 轻打保存订正错误至 4 ps 而非 29 ps。 C。 任意的克拉克任意的时钟是被提议技术的最重要成份之一。 理论上任意的时钟是边缘在观察之下已经统一地分配有关于信号的发生的可能性的一个信号，所以信号的所有部份能与相等的可能性一起观察, 如此使观察成为伯努利试验。
   虽然非常高质量任意的时钟能被产生使用在-之上薄片如 [3] 所建议的像混乱的振动者 [10,11] 一样的以大混乱为基础的线路, 被提议状态测量线路的落实不必然地需要很重的如此的资源在-之上薄片随意时钟产生器。
  整合一在-之上薄片任意的时钟产生器我们已经雇用如 [4] 所建议的纯粹数传设计方法,如图 5 所示。 线的回应变化寄存器 (LFSR) 用来产生假的乱数,控制戒指振动者的长度。 戒指振动者的反复无常动作特性一起与一假的-被 LFSR 产生的乱数生产一个能用来为状态测量喂 RSU 的任意的时钟。
   因为任意时钟的速度 (平均频率) 没有在测量结果的准确性方面的直接的举止，这提供任意的时钟振动者设计的柔性的另尺寸。 图 u 图 4。 随意为比较的状态测量抽取样品单位 (RSU)。 图 u 图 5。
   数传任意的克拉克振动者。 V。 实验的装备及产生 被提议技术的功能确认被做过被对准到 IBM Cu-11(130个 nm) 技术的设计的职位综合模拟。 模拟测试长椅子用了被统一分配的乱数为被综合的 netlist 产生一个任意的时钟作为刺激。
   到 为身体的设计使主意有效， RSU 连同在图 5 被显示的整合的任意时钟产生器一起被综合了而且被移植到 Xilinx FPGA 了。二周期性的与 100个百万赫兹的次序的频率作信号，哪一个的其中之一被延迟数传使用受约束的延迟线,用来测试状态测量准确性和 RSU 的一致性。
   广泛连续的实验在不同的亲戚状态设定与输入的信号一起为各种不同准确性和信心的组合水平表演。 以这些实验的 RSU 测量的亲戚状态价值被比较对抗被观察过一个数传示波器的一样的。 适当的只隔开限制结果为信号在 90 ° 被显示。
   这 90 ° 状态不同结果是 选择因为在一笔典型的两倍数据中评估向系统作信号的数传, 对数据调整的时钟为最大的时间安排边缘在 90 ° 被保持。 而且，当在 90 ° 观察二个信号为任何的给予样品大小和信心水平逐步运行不同的时候，预期的错误水平是 nearlyat 它的最大价值。
   图 6 表演最大值在 90 ° 状态为在信号上的叁数的每个组观察 100 实验的错误奔跑不同。 结果为每个情形被使常态化到预期的错误，以便罚款级的细节在被显示的曲线图上可能为所有的情形被观察。
   观察的错误的减退趋势用增加的信心水平是增加样品大小的结果。 结果表示那 图 6。 最大值观察被预期错误使常态化的错误。 被观察的错误总是在预期错误的极限里面，而且被提议的技术在不同的准确性设定相等有效。
   6。 结论 这纸藉由测知多个信号的比较状态为高速的数传 VLSI 信号观察和处理介绍一个独特的主意。 使用预先想过的叁数、多可提高的测量准确性和各类型的测量能被获得。 测量错误由于跳动被跳动本身的零低劣任意特性取消出。
  最大的状态订正调整线路的错误被减少到一半的延迟线的最大延迟决议没有包括任何的资源-设计数传成份的重的类比成份或习惯。线路纯粹地被标准的细胞所实现, 使系统的它极端地适当在-之上削 (SoC) 申请因为它是计时的设计有效率又手提式的对任何的程序或技术。
   高速信号观察的理论和测量使用抽取样品在这纸中被计划的技术的 rando 是不只有好为数传 VLSI 线路和系统, 但是它能被延长到科学和像使用仪器的工程学、力量电子学和工业的控制, 等等。的其他领域 REFERENCES [1] M。
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