【ISSCC】2021，32.1

《A 365fsrms-Jitter and −63dBc-Fractional Spur 5.3GHz-RingDCO-Based Fractional-N DPLL Using a DTC Second/ThirdOrder Nonlinearity Cancelation and a Probability-DensityShaping ΔΣM》

1. 引言

1.1 动机

5G发展，QAM比特数提高   

                --》 需要更低的EVM，EVM由集成相位噪声(IPN) 

                --》需要更低的抖动。

目前，使用数字时间转换器（DTC）来消除量化噪声（Q噪声）是流行的，但是由于DTC（NLDTC）的非线性而导致的分数杂散是一个关键问题，特别是对于需要宽带宽来抑制环形振荡器（RO）抖动的RO-DPLL。

1.2 之前的工作

为了降低抖动，需要用DTC来消除量化噪声；

DTC的使用，会引入DTC的非线性，从而导致分数杂散。

为了减小DTC非线性的影响，之前的工作：

1. 数字预失真
2. 时不变概率调制器

1. 数字预失真(DPD)

优点：数字预失真使DTC线性化

问题：由于查找表DTC配置文件的数量有限，消除Q噪声的精度有限

2. 时不变概率调制器(Time-Invariant Probability Modulator)

时不变概率调制(TIPM)是处理DTC非线性的另一种方式。

        如果DTC被调制使得其概率密度函数(PDF)是时不变的(TI)，即使经历DTC的非线性，那么输出的期望值也是恒定的，这样就避免了分数杂散的生成。

问题：

1. 时不变调制(TIPM)通过分散噪声功率来避免杂散，因此，无法降低均方根抖动(IPM)
2. 时不变调制(TIPM)仅对DTC有效，当两个DTC路径合并时，其时不变属性失效，仍然容易受到Q量化噪声相互之间引起的杂散的影响。这些杂散可能在DTC之后仍然存在，或者直接通过基板/电源与其他电路的非线性(NLOC)耦合，其中包括寄生效应，和键合线的影响。

优点：

1. 任何DTC NL没有分数杂散；

2. DTC延时为恒定值；

3. 调制D_DCW为时不变

问题：

1. 电路的其他部分的非线性(如TDC、DCO)会使分数杂散再次出现；

2. DTC的非线性，恶化RMS抖动

•  左图：TIPM有效避免了DTC非线性引起的杂散，但IPN保持不变
• 中图：当NLOC被应用，TDC输出的期望值DDTC随时间变化，在SOUT产生分数杂散

2. 论文工作

2.1 PDS-ΔΣM

 DST-NLC可以降低带内噪声，可以采用快速相位误差校正(fast error correction, FPEC)来扩展带宽抑制RO抖动。

由增益校准器(GC)和DST-NLC校准每个DTC代码。即使他们之间存在任何局部不匹配，两个DTC可以保持足够的增益和线性度。

2.2 DST-NLC

QE定理：

如果DDIT, n在[0,1)上包含一个均匀随机变量(URV)

• QE(DQ, n) 及其一个延迟参考周期(TREF) [DQ, n-1)也是均匀随机变量
• [DQ, n-1)是独立于DACC, n 、DDIT, n 、DQ, n

TE定理：

如果DDIT, n、PDDIT, n(U)的特征函数，即其傅里叶变换满足所属条件，则DPDS, n的m阶非线性项(DPDS,n)m具有恒定的期望值，而与DACC, n无关

 参考文献

• H. Park, C. Hwang, T. Seong, Y. Lee and J. Choi, "32.1 A 365fsrms-Jitter and -63dBc-Fractional Spur 5.3GHz-Ring-DCO-Based Fractional-N DPLL Using a DTC Second/Third- Order Nonlinearity Cancelation and a Probability-Density-Shaping ΔΣM," 2021 IEEE International Solid-State Circuits Conference (ISSCC), San Francisco, CA, USA, 2021, pp. 442-444, doi: 10.1109/ISSCC42613.2021.9365798.