一种新型结构的高速时钟数据恢复电路

针对高速(Gb/s)串行数据通信应用,提出了一种混合结构的高速时钟数据恢复电路.该电路结构结合鉴频器和半速率二进制鉴相器,实现了频率锁定环路和相位恢复环路的同时工作.电路采用1.8 V,0.18μmCMOS工艺流片验证,面积约0.5 mm2,测试结果显示在2 Gb/s伪随机数序列输入情况下,电路能正确恢复出时钟和数据,核心功耗约为53.6 mW,输出驱动电路功耗约64.5 mW,恢复出的时钟抖动峰峰值为45 ps,均方根抖动为9.636 ps.     

面向片上互连的低功耗CNRZ5 125 Gb/s高速SerDes发射机

为解决高性能CPU、GPU、AI等高端芯片的片上互联（D2D）带宽低、引脚效率不高的问题,设计了一款面向超短距离传输（USR）的低功耗、高引脚效率的125 Gb/s发射机。为提高引脚效率,该电路采用相关非归零编码（CNRZ）技术;为降低发射机功耗,采用一种预编码的电压模驱动（SST）技术;为解决传统电路两级2∶1 MUX功耗大的问题,采用CMOS的4∶1 MUX。该发射机采用CMOS 28 nm工艺设计,0.9 V电压供电。仿真结果表明,基于CNRZ技术的发射机工作在125 Gb/s时,输出信号最小眼宽可达0.41 UI（1 UI=40 ps）,系统功耗为1.1 pJ/bit,引脚效率由5 bit/10 wire提高到5 bit/6 wire。     

面向光通信应用的CMOS 28 Gbps低功耗高抖动容限CDR电路设计

为了解决光模块中高功耗芯片恶化激光调制器性能，以及解决收发端时钟基准偏差导致误码率高的问题，设计了一款低功耗高抖动容限的时钟数据恢复电路（CDR）。通过采用压控振荡器（VCO）型全速时钟的CDR系统架构和电感峰化的时钟缓冲技术，降低了CDR芯片的功耗；通过在CDR积分通路中引入零点补偿电阻，提高了CDR的抖动容限。该CDR采用CMOS 65 nm工艺设计和1.1 V电源供电，后端仿真结果表明：当CDR电路工作在28 Gbps时，功耗是2.18 pJ/bit，能容忍的固定频差是5 000 ppm，恢复时钟的抖动峰峰值是5.6 ps，抖动容限达到了设计指标，且满足CIE-25/28G协议规范。     

基于高速SerDes中非等值尾电流源技术的新型高线性度相位插值器设计

为解决高速串行接口(SerDes)中时钟数据恢复电路(CDR)的恢复时钟抖动较大的问题,设计了一种基于非等值尾电流源技术的新型高速高线性度相位插值器。该技术在分析相位插值器输入控制码和输出时钟相位产生非线性机理的基础上,通过计算晶体管电路中插值器输出时钟相位与尾电流源权重的反函数关系,精确设计了相位插值器中尾电流源阵列参数,实现了高速率下相位插值器的高线性度关系,有效提高了CDR恢复时钟抖动性能。通过设计一款基于CMOS 65nm工艺的22Gb/s SerDes接收机对该技术进行了验证。电路后端仿真结果表明:相较于传统结构,该相位插值器线性度提高了55.1%,CDR恢复时钟的抖动性能提高了22.5%。     

基于0.13 μm CMOS工艺的6.25 Gb/s高速串行数据接收器的设计

基于1.2 V 0.13 μm CMOS工艺, 设计一种数据率为6.25 Gb/s的高速串行数据接收器。该接收器采用半速结构降低系统工作频率, 其中: 均衡电路利用一种低功耗小面积的差分有源电感, 使RC负反馈均衡电路的高频增益增加50%; 采样电路为半速时钟驱动2-way交织结构, 同时实现1:2串并转换功能; DEMUX采用树型(tree-type)结构, 并使用一种新的1:2 DEMUX单元, 较传统单元电路节省40%的晶体管数量。HSPICE仿真结果显示, 该接收器在?55~125℃温度范围、各主要工艺角及电源电压波动10%的条件下, 均能正确工作, 核心电路平均功耗为3.6 mW。     

1.5 V 0.35μm CMOS 3.2 Gb/s 1:4分接器设计

采用CSM 0.35μm CMOS工艺,设计了低电压高速1∶4分接器.分接器采用半时钟树型结构,由1个高速1∶2分接器和2个低速1∶2分接器级联而成.整个电路实现的基本单元为共栅动态负载锁存器.电路最高可工作在3.2 Gb/s,电源电压为1.5 V,整体电路功耗约为120 mW,芯片面积为0.675 mm×0.675 mm.     

10 GHz低相噪扩频时钟发生器的设计与实现

基于55nm CMOS工艺设计并制造了一款小数分频锁相环低相噪10GHz扩频时钟发生器(SSCG).该SSCG采用带有开关电容阵列的压控振荡器实现宽频和低增益,利用3阶MASHΔΣ调制技术对电路噪声整形降低带内噪声,使用三角波调制改变分频系数使扩频时钟达到5 000×10~(-6).测试结果表明:时钟发生器的中心工作频率为10GHz,扩频模式下峰值降落达到16.46dB;在1 MHz频偏处的相位噪声为-106.93dBc/Hz.芯片面积为0.7mm×0.7mm,采用1.2V的电源供电,核心电路功耗为17.4mW.     

一种低功耗时钟树综合的寄存器聚类方法

随着集成电路制造工艺的进步与芯片集成度的提升，对于低功耗芯片的需求越来越大.时钟网络功耗占芯片总功耗的 40%以上，优化时钟网络的功耗已成为高性能集成电路设计中最重要的目标之一.本文提出了一种新的寄存器聚类方法来生成时钟树的叶级拓扑结构，通过限制群组的扇出、负载和范围，对寄存器进行合理分组，减少了缓冲器的插入数目和总布线长度，有效降低时钟网络功耗.将该方法整合到传统的时钟树综合（CTS）流程中，在ISCAS89 基准电路上测试并分析其有效性.实验结果表明，该寄存器聚类方法在不影响时钟树最大延时的情况下，有效减少了时钟网络20%以上的功率耗散和20%以上的时钟偏移.     

一种适合于高速、高精度ADC的采样/保持电路

采用非复位结构,在SMIC0．18μm CMOS工艺下,设计并实现了一种采样／保持电路,其性能满足10位精度、100MS／s转换速率的ADC的要求．电路在0～125℃,三种工艺角下仿真,其性能均满足要求;T／H电路的核心—OTA,经流片并测试,结果表明其功能正确,功耗与仿真值一致。     

一种低功耗时钟芯片的设计

讨论了一种低功耗时钟芯片的设计，从CMOS电路功耗产生原因入手，在振荡分频电路中减小电路工作电压，在时序电路中采用门控技术，达到降低功耗的目的，经流片后测试表明该芯片工作电流0．17mA，满足低功耗要求。     

适用于4通道100 Gbps SerDes的两级架构正交12.5 GHz低功耗低抖动时钟发生器

为了缓解多通道SerDes中高频时钟信号在长距离传输中引入的噪声过大和功耗过高的问题,设计了一种应用于多通道的低功耗低抖动两级锁相环结构;同时为了进一步降低噪声性能,在第2级锁相环中设计了一种采样鉴相器。该设计将第1级LC振荡器锁相环产生的低频时钟信号（3.125 GHz）传输到各通道收发机后,将该信号作为第2级参考信号,再采用小面积的环形振荡器锁相环产生正交的高频时钟 (12.5 GHz),这种结构降低了高频时钟在片上长距离传输的距离,提高了收发机的时钟质量;此外该技术避免了使用高频缓冲器,降低了功耗。其中第2级锁相环通过无分频鉴相技术提高了第2级环振锁相环的噪声性能。该时钟发生器电路整体功耗为100 mW,第1级锁相环相位噪声拟合后为-115 dBc/Hz,第2级环形振荡器电路在1 MHz处相位噪声为-79 dBc/Hz,锁相环电路产生的时钟信号整体抖动为2.7 ps。正交时钟偏差在300 fs以内。相比传统时钟发生器,该设计性能有较大提高,功耗有明显降低,适合应用于100 Gbps SerDes中。     

一种快速锁定低抖动的时钟数据恢复电路

设计了一款应用于光通信28Gb/s非归零码高速串行接收机的快速锁定、低抖动时钟数据恢复电路。为了解决时钟抖动性能和锁定时间难以兼顾的问题,在比例-积分通路分离的电路结构中,提出了锁定检测判别技术,实现了比例通路增益的可调节,使得环路能够在低抖动的情况下快速锁定。通过Cadence Spectre进行仿真,当环路中使用锁定检测判别技术时,锁定时间为400ns,抖动峰峰值为2.5ps。相较于未使用该技术的环路,锁定时间缩短了33%,抖动降低了40%。     

高锁定范围半盲型过采样时钟数据恢复电路设计

采用标准0.18 μm CMOS工艺,设计了一种高锁定范围的半盲型过采样时钟数据恢复电路.该时钟数据恢复电路（Clock and Data Recovery,CDR）主要由鉴频器（Frequency detector,FD）、多路平行过采样电路、10位数模转换器（Digital To Analog Converter,DAC）、低通滤波器（Low Pass Filter,LPF）、多相位压控振荡器（Voltage Controlled Oscillator,VCO）等构成.该CDR电路采用模数混合设计方法,并提出了基于双环结构实现对采样时钟先粗调后微调的方法,并且在细调过程中提出了加权调相的方法缩短采样时间.仿真结果表明,该CDR电路能恢复1.25～4.00 Gbps之间的伪随机数据电路,锁定时间为2.1 μs,VCO输出的抖动为47.12 ps.     

CMOS电路的低功耗逻辑综合

针对CMOS电路的功耗来源提出了一种低功耗综合流程.这种综合流程在不改变原有电路设计的前提下同时采用了门控时钟、操作数隔离和门级功率优化来降低功耗.对一个PTC(PWM/Timer/Counter)控制器的仿真表明，这种流程可以降低电路功耗57%，与仅使用门控时钟的流程相比可以进一步降低电路功耗21%.     

具有预启动、防闩锁功能的1.33倍新型电荷泵设计

设计了一种基于外接泵电容的1.33倍新型电荷泵电路.电路采用了预启动和衬底电位选择结构,并利用三相时钟信号方式控制电荷泵的工作状态.采用0.5μmCMOS工艺模型利用Cadence的Specter工具进行了仿真.结果表明：所设计的电路提高了芯片的启动速度,有效防止了闩锁现象的产生;在典型的3.3 V输入电压下,电荷泵效率为93.25%.与传统电荷泵相比优势在于输出电压低,有效地降低了无用功耗.1.33倍电荷泵必将具有广泛地应用前景.     

基于10Gb/sNRZ信号的全光四倍频时钟提取实验研究

提出了一种从非归零(NRZ)码信号提取四倍频时钟的全光技术方案,并进行了实验验证.由于NRZ信号中没有时钟分量,因此首先利用半导体光放大器(SOA)中的非线性效应配合带通滤波器产生伪归零(PRZ)码信号,并通过光纤中的自相位调制产生高阶时钟分量,最后注入F-P滤波器得到四倍频的光时钟信号.实验演示中,从一路10Gb/s...     

异步电路的低功耗状态机AFSM的设计与实现

基于CMOS低功耗门控技术,设计了一种应用于ASIC中的异步状态机(AFSM).关键是将原始的同步状态机分解为若干个能够相互通信的子状态机,提高子状态机的自循环率,进而通过异步控制子状态机,达到降低功耗的目的.将该思想应用于VLSI设计实例,证明了采用这种异步状态机设计能够有效节省片上系统(SoC)的功耗最高达25%以上,并且不会过多地增加芯片面积.