On-Chip Multi-Giga Bit Cycle-to-Cycle Jitter Measurement Circuit

This paper presents an on-chip measurement circuit to measure multi-giga bit cycle-to-cycle jitter based on the vernier oscillator (VO), which is inherited from the famous vernier delay line. The calibration method is also given. The circuit adopts a differential digital controlled delay element, which makes the circuit flexible in adjusting the measurement resolution, and a highly sensitive phase capturer, which makes the circuit able to measure jitters in pico-second range. The parallel structure makes it possible to measure consecutive cycle-to-cycle jitters. The performance of the circuit was verified via simulation with SMIC 0.18 μm process. During simulation under the clock with the period of 750 ps, the error between the measured RMS jitter and the theoretical RMS jitter was just 2.79 ps. Monte Carlo analysis was also conducted. With more advanced technology, the circuit can work better. This new structure can be implemented in chips as a built-in self-test IP core for testing jitter of PLL or other clocks.     

一种基于累积分布函数的抖动测量方法

提出一种基于累积分布函数(CDF)的抖动测量方法, 以解决在测试高频时钟信号抖动中遇到的延迟器件不匹配、占用芯片面积过大和受高频振荡信号限制等问题。采用65 nm CMOS工艺完成了测试电路的设计和功能模拟, 模拟结果表明该电路可用于测量2.5 GHz时钟抖动值, 抖动测量精度达到1 ps。     

A 5.3-GHz 32-bit accumulator designed for direct digital frequency synthesizer

A 32-bit pipeline accumulator with carry ripple topology is implemented for direct digital frequency synthesizer.To increase the throughout while hold down the area and power consumption,a method to reduce the number of the pre-skewing registers is proposed.The number is reduced to 29% of a conventional pipeline accumulator.The propagation delay versus bias current of the adder circuit with different size transistors is investigated.We analyze the delay by employing the open circuit time constant method.Compared to the simulation results,the maximum error is less than 8%.A method to optimum the design of the adder based on the propagation delay is discussed.The clock traces for the 32-bit adder are heavily loaded,as there are 40 registers being connected to them.Moreover,the differential clock traces,which are much longer than the critical length,should be treated as transmission lines.Thus a clock distribution method and a termination scheme are proposed to get high quality and low skew clock signals.A multiple-type termination scheme is proposed to match the transmission line impedance.The 32-bit accumulator was measured to work functionally at 5.3 GHz.     

基于训练方式的存储器时钟信号的自适应同步

存储器是现代电子系统的核心器件之一, 常用于满足不同层次的数据交换与存储需求. 然而频率提高、时钟抖动、相位漂移以及不合理的布局布线等因素, 都可能导致CPU对存储器访问稳定性的下降. 针对同步动态随机读写存储器(synchronous dynamic random access memory, SDRAM)接口的时钟信号提出了一种自适应同步的训练方法, 即利用可控延迟链使时钟相位按照训练模式偏移到最优相位, 从而保证了存储器访问的稳定性. 在芯片内部硬件上提供了一个可通过CPU控制的延迟电路, 用来调整SDRAM时钟信号的相位. 在系统软件上设计了训练程序, 并通过与延迟电路的配合来达到自适应同步的目的：当CPU访问存储器连续多次发生错误时, 系统抛出异常并自动进入训练模式. 该模式令CPU在SDRAM中写入测试数据并读回, 比对二者是否一致. 根据测试数据比对结果, 按训练模式调整延迟电路的延迟时间. 经过若干次迭代, 得到能正确访问存储器的延迟时间范围, 即“有效数据采样窗口”,取其中值即为SDRAM最优时钟相位偏移. 完成训练后对系统复位, 并采用新的时钟相位去访问存储器, 从而保证读写的稳定性. 仿真实验结果表明, 本方法能迅速而准确地捕捉到有效数据采样窗口的两个端点位置, 并以此计算出最佳的延迟单元数量, 从而实现提高访问外部SDRAM存储器稳定性的目的.     

基于增量调制的CMX639及其应用

CMX639是一种单片全双工增量调制解调器(CVSD)芯片，它将输入，输出滤波器，编、解码器，时钟发生器和逻辑控制电路集成在一起。该芯片用线性双极性与集成注入逻辑兼容的集成电路制造工艺制成，采用双积分增量调制技术，具有四种可编程工作模式，两种可选择压扩算法，从而使电路设计大为简化，电路的工作可靠性，稳定性显著提高，成本大为降低。可在用户线电路,手机，多路传输系统及保密电路中应用。     

基于电热模拟的电迁移可靠性诊断及时钟完整性分析

为诊断大规模集成电路设计过程中电迁移可靠性及分析时钟信号完整性,开发一种用于集成电路片上时钟信号模拟软件Etsim3。该模拟软件考虑了集成电路自热效应,通过电热耦合模拟以及金属连线温度分布解析模型获得更准确的集成电路芯片表面以及各金属连线网络上的温度分布。模拟结果表明,考虑集成电路自热效应前后,电迁移诊断以及时钟信号完整性分析结果都有了较大程度上的改变,Etsim3可以得到更为精确的分析以及诊断结果。     

基于FPGA的脉冲参数测量系统

该系统是基于FPGA和单片机AT89S52的脉冲参数测试系统,能够测量脉冲信号的周期、频率、占空比、脉宽等参数。首 先由FPGA提供一个频率为50 MHz的信号源作为标准信号源,并在FPGA中构造2个32位的计数器,用来测量被测信号的各 个参数,最后将测量结果送入单片机中处理并显示。整个系统主要由按键电路、门控电路、2个32位计数器和显示电路等模块 组成。通过测试该系统抗干扰能力强,测量数据稳定可靠,测量精度高。     

在RISC机中实现D/A转换的PWM方法

介绍了一种用8位精简指令集计算机(Recluced Instraction Set Computer,RISC)结构单片机中将PWM波转换为模拟电压输出的D/A转换的实现方法。分析了脉宽调制(PWM)频率、占空比调节精度和积分器之间的关系。在此基础上设计出一种使用AVR系列单片机MEGA16内部定时/计数器产生PWM信号,再利用通用电路把PWM信号转换成直流电压信号的硬件电路。其最大线性误差只有0.5%,且成本低廉。     

多功能数字频率计的设计与研究

为精准测量信号频率等参数,设计了一种以STC89C52RC单片机为控制核心、由三极管3DG120、施密特触发器74HC14和分频器74HC4040等构成信号处理电路,可以测量信号频率、周期、脉冲宽度等参数的多功能数字频率计。该频率计通过RS232串口将单片机测量的数据传送至上位机,利用上位机软件集中显示所测信号的频率、周期、脉宽、占空比等各参数测量值并描绘出所测信号波形,给出了单元模块设计电路和配套的软件设计,并提出小信号测量时抗干扰的一些办法。实验表明,系统结构简单,是对电子计数器多功能和多用途的扩展型设计和研究,频率测量误差低于0.1%,达到设计技术指标,具有良好的人机交互性,其中信号频率测量范围为1~50MHz,可测小信号,幅值低于0.5 mV,能满足实际测量要求。     

用RLC互连线模型实现时钟电路的动态优化

根据RLC互连线的二极点模型,得到一个简单的估算信号延迟和上升沿的解析表达式,并利用其实现对高速时钟电路动态优化设计,以保证信号在传输过程中不失真;同时设计了一个模拟器来验证时钟电路的性能.模拟结果表明,我们的算法降低了计算的复杂度,缩短了时钟电路优化的时间.     

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。     

一种可调占空比的RC振荡电路

分析了一种RC振荡电路来产生一定频率的振荡波形,并加入了占空比调制电路来增加高电平持续时间,最终产生750 Hz的固定振荡频率.克服了只用RC振荡电路产生的频率随电压改变,占空比不可改变的弊端.     

一种具有长复位延时的上电复位电路的设计

为满足大规模So C系统对长复位延时的需求,提出了一种带有掉电检测功能的低功耗新型上电复位(POR)电路.该POR电路采用Charted 0.35μm CMOS工艺,电源电压为3.3 V,稳态工作电流仅为10μA,版图面积为130μm×110μm.仅用一个p F级的片上电容,就可以实现100 ms以上的复位延时,并且使用基准电流源,使得复位延时随温度变化不明显,当温度从-40℃变化到90℃时,复位延时从108.32 ms变到98.95ms,变化小于10%.     

基于HDMI视频信号接收的电荷泵PLL设计

介绍了一种实现HDMI中数字视频信号接收的方法,设计并实现了一种新的用于HDMI中像素数据和时钟信号恢复的电荷泵锁相环;通过V-I电路的改进降低了压控震荡器的增益,改善了控制电压的波动对压控震荡器频率的影响,从而减小时钟抖动;采用频率检测电路对输入时钟信号频率进行自动检测分段,可实现大的频率捕获范围,从而实现了对高达UXGA格式的数字视频信号接收;采用Hspice-RF工具对压控震荡器的抖动和相位噪声性能进行仿真,SMIC0.18μsCMOS混合信号工艺进行了流片验证,测试结果表明输入最大1.65Gbit/s像素数据信号条件下PLL输出的时钟信号抖动小于200ps.     

一种抗单粒子瞬态加固的压控延迟线设计

延迟锁相环中的压控延迟线是对单粒子事件（single event, SE）最敏感的子电路之一,其主要包括偏置电路和压控延时单元.利用双指数电流拟合3-D TCAD混合仿真中的单粒子瞬态（single-event transient, SET）电流,分析了压控延迟线对SE的敏感性.根据响应程度和电路结构的不同,对偏置电路进行了冗余加固;同时,对压控延时单元中提出了SET响应检测电路.在输入信号频率为1 GHz,电源电压1.2 V,入射粒子LET值为80 MeV·cm2/mg的条件下,Spice仿真表明:和未加固电路相比,偏置电压V_bn和V_bp在受到粒子轰击后,翻转幅度分别下降了75%和60%,消除了输出时钟信号中的丢失脉冲;设计出的检测电路能够将各种情况下有可能出现的SET响应指示出来,提高了输出时钟信号的可靠性.      

全桥LLC串联谐振X光机高压直流电源

针对X光机电源的全桥移相拓扑结构存在占空比丢失问题,提出一种全桥LLC串联谐振变换器与单相双向对称倍压整流电路相结合的高频高压X光机电源。在主电路中,采用全桥LLC串联谐振、高压变压器、单相双向对称倍压整流电路;从理论上分析了零电压软开关工作条件,建立主电路基波等效(fundamental harmonic approximation,FHA)模型,并对主电路的参数进行设计。仿真结果表明：输出电压可以在40～120 kV内连续可调,不存在占空比丢失;输出电压上升时间短、纹波小。证明了所提出拓扑的正确性和可靠性。     

一种全数字延时触发器设计

传统的单稳延时电路需外接RC支路,故精度不高,稳定性差,预置不直观。与之相比,全数字化设计的触发器采用时钟计数与预设值较容易实现延时,准确性、稳定性大大提高。延时范围与时钟频率有关,亦随计数器位数增加而增加,最高分辨率由器件响应速度确定,定时精度与时钟步长有关。由于采用数字比较方法,可实现不同量程（μs~数10s）切换。该设计可用于要求较高的实验场合。     

面向微处理器时钟发布的硅基无线发射器设计

基于硅基天线和电磁波传输的无线互连技术,设计实现了一种面向微处理器的无线时钟分布发射器电路,包括一个长2.6 mm、宽30 μm、集成在硅衬底（电阻率为10 Ω·cm）上的偶极折叠天线、高频锁相环、驱动和匹配电路.其中,硅基折叠天线提高了芯片的面积利用率,并通过在硅衬底与散热金属之间引入金刚石介质来提高折叠天线的传输增益.同时,为了减小信号传输功率的损失,在电路与硅基天线之间进行了阻抗共轭匹配,设计实现了中心工作频率11 GHz的低噪声锁相环,在频率偏移为3、10 MHz处的相位噪声分别达-116、-127 dBc/Hz.结果表明,所设计的发射器有效面积为0.85 mm2,能够提供低抖动、稳定的高频全局时钟源.     

可控脉冲信号发生器的设计

数字信号由于具有抗干扰能力强、无噪声积累,便于存储、处理和交换等一系列优点,已经成为现代控制领域的主要处理信号.要求改变脉冲信号的周期、占空比和输出脉冲个数可控的电路模块在很多控制领域都有应用.本文介绍了一种基于FPGA芯片的可控输出信号周期、占空比和信号个数的设计方法.应用时钟管理模块对输入时钟进行倍频来提高输出信号的周期范围和精度;调用IP核来完成相应的数学运算;应用两个可控减计数器来控制每一周期内高低电平的持续时间;应用数量控制计数器对输出的脉冲进行计数,控制输出量.该设计运行在ALTERA公司的clcyone芯片上,取得良好的效果,具有灵活高效的优点.     

低抖动高线性压控振荡器设计与仿真分析

设计一种应用于锁相环(PLL)电路的压控振荡器(VCO).该电路采用浮空电容结构,相对传统接地电容结构,可提高电容充放电幅值,减小时钟抖动.快速电平检测电路,使电路在未采用反馈和补偿的前提下,减小环路延时,从而实现高线性.电路采用CSMC 0.6 μm CMOS标准工艺库实现.仿真结果表明:振荡频率为0.79,24,30 MHz时的相位噪声达到-128,-122,-120 dBc·Hz^-1@1 MHz.通过调节外接电阻电容,使得电路在3~6 V电源电压下,输出100.0~3.0×10⁷ MHz的矩形波,电路兼具低相位噪声和高线性特性.