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。     

一种改进的双控制通路锁相环

提出一种改进的双控制通路锁相环结构。改进锁相环的两个控制通路有不同的压控振荡器增益。其中, 粗调节通路的压控振荡器增益较大, 用来调节锁相环的输 出频率范围; 细调节通路的压控振荡器增益较小, 用来决定环路带宽, 同时优化锁相环的抖动特性。电路芯片采用SMIC 0. 18 μm CMOS Logic 工艺加工。后仿真结果表明该锁相环的输出频率范围为600 MHz到1. 6GHz, 并有良好的抖动特性。     

应用于全数字锁相环中的精度可调的时间数字转换器

本文提出了一种应用于全数字锁相环中的分辨率可调的两级时间数字转换器.第一级采用缓冲器延时链结构,运用可异步重置的触发器作为采样单元;第二级采用Vernier延时链结构以提高时间分辨率.和传统的单级结构相比,两级架构可以在更低的电路面积下实现相同的测量范围,并提供更好的分辨率.为了降低工艺、电压、温度对分辨率的影响,本设计采用了电压控制的延时单元,通过调整其延时来降低分辨率的变化.本设计通过65nm工艺验证,总体面积0.06 mm2.仿真结果表明,在输入频率为1.2～1.8 GHz时,分辨率可达6.15 ps,动态范围1 260 ps,实现8 bits时间数字转换器,功耗仅2.5 mW.     

应用于全数字锁相环中的精度可调的时间数字转换器（英文）

本文提出了一种应用于全数字锁相环中的分辨率可调的两级时间数字转换器.第一级采用缓冲器延时链结构,运用可异步重置的触发器作为采样单元;第二级采用Vernier延时链结构以提高时间分辨率.和传统的单级结构相比,两级架构可以在更低的电路面积下实现相同的测量范围,并提供更好的分辨率.为了降低工艺、电压、温度对分辨率的影响,本设计采用了电压控制的延时单元,通过调整其延时来降低分辨率的变化.本设计通过65 nm工艺验证,总体面积0.06 mm2.仿真结果表明,在输入频率为1.2~1.8 GHz时,分辨率可达6.15 ps,动态范围1 260 ps,实现8 bits时间数字转换器,功耗仅2.5 mW.     

250 MHz 时钟产生电路中低抖动锁相环的仿真与设计

提出了一种基于行为级的锁相环(PLL)抖动仿真方法.分析了压控振荡器的相位噪声、电源和地噪声以及控制线纹波对输出抖动的影响.采用全摆幅的差分环路振荡器、全反馈的缓冲器以及将环路滤波器的交流地连接到电源端等措施,减小了PLL的输出抖动.给出了一个采用1st silicon 0.25μm标准CMOS工艺设计的250 MHz时钟产生电路中低抖动锁相环的实例.在开关电源和电池供电2种情况下,10分频输出(25 MHz)的绝对抖动峰峰值分别为358 ps和250 ps.测试结果表明该行为级仿真方法可以较好地对PLL的输出抖动做出评估.     

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。     

高性能电荷泵的锁相环电路

为满足锁相环电路高稳定性、低功耗的要求,提高其整体性能,通过对普通型电荷泵锁相环电路模块的改进,设计了一种高性能差分型电荷泵锁相环。该电路包括鉴频鉴相器、分频器、差分电荷泵和压控振荡器的电路结构。仿真结果表明：该差分型电荷泵锁相环的锁定时间为10μs、频率抖动为0.0002MHz、周期抖动为2 ps,与普通型电荷泵锁相环相比,可达到快锁低抖的目的。     

一种应用于全数字锁相环的时间数字转换器设计

设计了一个应用于全数字锁相环的时间数字转换器(TDC).该时间数字转换器具有两种工作模式——粗量化和细量化.为了提高细量化模式的测量范围,TDC采用1-bit decision-select结构和游标门控环形振荡器(Vernier GRO)构成其两级量化单元.通过在Vernier GRO中使用一种新型结构的比较器,消除了用SR触发器做比较器时对测量范围的制约,也提高了GRO设计的灵活性.在TSMC 0.13μm工艺,1.2 V电源电压和40MHz采样速率下,仿真结果表明本设计的TDC在粗量化模式下具有不小于25ns的测量范围,在细量化模式下有效分辨率和测量范围分别为30ps,1.8ns.     

基于延时复用技术的短时间间隔测量方法

提出了一种基于延时复用技术的新的短时间间隔测量方法.根据基于时-空关系的时间间隔测量原理,将若干延时单元组成延迟链.延迟链的输出被反馈到系统输入端并与输入信号进行单稳态触发逻辑判断,判断结果被重新送回到重合检测电路中去,实现一个延迟链可以多次重复使用的循环检测,扩展了基于时-空关系的时间间隔测量范围,提高了测量系统的稳定性.实验和分析结果表明了该方法的科学性和先进性,其测量分辨率可达到100皮秒至10皮秒量级.结合现场可编程门阵列(FPGA)片上技术,新方案设计的测量系统具有结构简单、成本低廉的优点.     

一种快速锁定数控锁相环

提出了一种快速锁定数控锁相环结构.该锁相环具有频率捕获模式和相位捕获模式2种工作模式.在频率捕获模式,通过提出的一种新的算法,可以迅速缩小参考时钟和反馈时钟之间的频率差.在相位捕获模式,数控锁相环能够达到更精确的相位锁定.为了验证提出的数控锁相环结构和算法,该数控锁相环电路采用SMIC0.18μm logic1P6M CMOS工艺实现,面积为0.2mm2,频率范围为48~416MHz.实测结果表明,数控锁相环只需要2个参考时钟周期就锁定在376MHz.数控锁相环锁定后功耗为11.394mW,峰峰值抖动为92ps,周期抖动为14.49ps.     

高速SerDes电路中电荷泵锁相环的设计

面向高速串行接口应用,设计一款低噪声、快速锁定的高性能锁相环电路,作为5 Gbit· s-1数据率的SerDes发射芯片的时钟源。该设计通过锁存RESET方式增加延迟时间,以减小鉴频鉴相器的死区效应,降低锁相环整体电路的杂散;其压控振荡器采用4 bit二进制开关电容的方法,将输出频率划分为16个子频带,以获得较大的输出频率范围,同时又不增加压控振荡器的增益;在SMIC 55 nm工艺下完成锁相环电路版图设计,核心芯片面积为054 mm2。后仿真结果表明:输出频率覆盖46~56 GHz,1 MHz频偏处的相位噪声在-110 dBc·Hz-1 附近。测试结果显示,RMS 抖动和峰峰值抖动分别为287 ps和134 ps,整体电路功耗为37 mW。     

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.     

75 ps精度GM-APD阵列像素读出电路设计（英文）

提出了1种用于激光3D成像的中等规模盖革模式雪崩光电二极管(GM-APD)阵列的像素读出电路.根据时间飞行(TOF)原理,像素读出电路主要由两部分组成:有源淬火电路(AQC)和时间数字转换器(TDC).所采用的TDC是两段式粗细结合的架构,成功实现了时钟频率和时间分辨率的折中.基于内插技术,动态范围提高到了19 bit,而时钟频率降低为预计的1/5,显著降低了设计和应用的难度.采用延时线技术实现的4 bit细TDC将精度提高到75 ps.电路采用SMIC 0.18μm工艺设计.后仿结果显示达到了75 ps的高精度时间分辨率,对应3 km测距范围内的距离分辨率为1.125 cm.另外,总功耗为1.08 m W,且电路面积小于95×95μm~2.     

直线永磁电机的自适应容错控制

针对带有执行器故障的直线游标永磁电机非线性系统,设计一种基于容错技术的自适应控制器,采用故障补偿律和反步法保证非线性系统的所有闭环信号一致有界,并且系统输出能够渐近跟踪到期望的参考信号.采用MATLAB软件进行数值仿真,证实该控制方案的有效性.     

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.     

数字式双模锁相频率合成器的设计

介绍了一种数字式双模锁相环频率合成器的设计方法。该方法采用大规模集成锁相频率合成器芯片145152-2,高速双模分频器芯片MC12022,集成压控振荡器MC1648,集成运放OP07构成锁相式频率合成器电路,该电路具有结构简单,成本低,频率分辨率较高,频率范围宽,输出信号频谱纯净,可智能控制的特点。     

0.0068mm2自校准电路在锁相环中的应用

提出了一种可供 CMOS锁相环使用的自由调整的自校准技术。与传统的自校准技术相比, 新的自校准方案不需要使用参考电压源, 而且自校准过程内嵌在锁相环的锁定过程中,所以新的自校准方案减少了芯片的面积:与自校准有关电路的面积只有0.0068mm²。所设计的PLL采用0.13 μm CMOS 工艺, 工作频率范围在 25 ～700MHz 之间。测试表明, 当压控振荡器工作在 700 MHz 的时候, 其 8 倍降频之后的87. 5 MHz 输出信号的相位噪音在1 MHz 频率偏移处为-131 dBc/ Hz。     

基于游标时间测量方法的超声波热量表系统

为了提高超声波热量表的测量精度及降低功率损耗,设计了一种超声波热量袁。在超声波热量表的原理上,选用时间游标测量法、四线制引线方式和C8051F320单片机。实验结果表明,该设计出的超声波热量表功耗低、精度高,可持续工作7年。     

一种高速低相位噪声锁相环的设计

设计了一种1．8V、SMIC0．18μm工艺的低噪声高速锁相环电路．通过采用环行压控振荡器,节省了芯片面积和成本．通过采用差分对输入形式的延时单元,很好地抑制了电源噪声．与传统的简单差分对反相器延时单元相比,该结构通过采用钳位管和正反馈管,实现了输出节点电位的快速转变,整个电路芯片测试结果表明：在输入参考频率为20MHz、电荷泵电流为40μA、带宽为100kHz时,该锁相环可稳定输出频率为7971MHz—1．272GHz的时钟信号,且在中心频率500kHz频编处相位噪声可减小至-94．3dBc／Hz。     

一种基于有源真时延的低复杂度波束形成器设计

基于0.18μm BiCMOS工艺,实现一种基于有源真时延技术的低复杂度波束形成架构设计.该波束形成架构适用于多路输出的宽带多天线系统,能够将输入到阵列中的信号进行空间滤波处理,抑制噪声和干扰,增强有用信号.相比于传统的波束形成架构,该架构通过真时延单元共享,实现了低复杂度(更少的延时单元数量),并采用改进的有源真时延单元,在保证稳定延时的同时,有效降低了芯片面积,相比同样功能的无源结构实现方案,面积节省了近80%.仿真结果表明,在0.3 G～1 GHz频带内,波束形成芯片能够同时实现对空间中四个不同方向的信号合成,最小延时分辨率是103 ps,最大延时是1030 ps,延时波动小于2.4%,电源电压为1.8 V,输入、输出端口回波损耗小于-13.8 dB,带内合成增益为25 dB,版图面积为3.8mm~2.