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.     

一种用于多通道10 Gbit以太网接口的CMOS 3.125 Gb/s接收器

介绍了一种单片集成的3．125 Gb／s接收器的设计,它适用于IEEE 802．3ae四通道10Gb／s以太网接口．电路采用了多相时钟结构和并行采样技术以降低电路速度要求．电荷泵采用了常跨导偏置技术以降低环路对工艺、电源电压和温度变化的敏感度．时钟数据恢复电路采用1／5速率时钟降低振荡器的设计难度,时钟恢复的同时完成1：5解串功能,降低了电路功耗．电路采用0．18μm CMOS工艺设计和仿真,总体功耗为95mW,625MHz恢复时钟的输出抖动小于75ps,电路在3．125 Gb／s的数据率和各种工艺角下工作正确．     

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.     

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.     

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。     

SSPD的低抖动SFQ信号读数

运用单磁通量量子(SFQ)读取技术的超导单光子探测器(SSPD)可以实现低抖动信号的读出。通过优化SFQ读出电路的电路参数,输入电流灵敏度被改善到10μA以下,且该结果比SSPD典型的临界电流小。实验使用脉冲发生器作为输入脉冲源,结果显示测出的SFQ读出电路的抖动值远低于目前测量装置系统超过15μA的抖动电流值。SSPD连接到SFQ读出电路的测量抖动值在37 ps的半高全宽(FWHM)时的SSPD偏置电流约为18μA,这是对传统的没有SFQ读出电路,抖动为67 ps的FWHM的显著提高。     

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。     

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%。     

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。     

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.     

On-Chip Built-in Jitter Measurement Circuit for PLL Based on Duty-Cycle Modulation Vernier Delay Line

Phase-locked loops (PLLs) are essential wherever a local event is synchronized with a periodic external event. They are utilized as on-chip clock frequency generators to synthesize a low skew and higher internal frequency clock from an external lower frequency signal and its characterization and measurement have recently been calling for more and more attention. In this paper, a built-in on-chip circuit for measuring jitter of PLL based on a duty cycle modulation vernier delay line is proposed and demonstrated. The circuit employs two delay lines to measure the timing difference and transform the difference signal into digital words. The vernier lines are composed of delay cells whose duty cycle can be adjusted by a feedback voltage. It enables the circuit to have a self calibration capability which eliminates the mismatch problem caused by the process variation.     

Design of a 6.25 Gbps backplane SerDes with adaptive decision feedback equalization

A 6.25 Gbps SerDes core used in the high speed backplane communication receiver has been designedbased on the OIF-CEI-02.0 standard. To counteract the serious Inter-Symbol-Interference (ISI),the core employed a half-rate four-tap decision feedback equalizer (DFE). The equalizer used the Sign-signleast mean-squared (SS-LMS) algorithm to realize the coefficient adaptation. An automatic gain control(AGC) amplifier with the sign least mean-squared (S-LMS) algorithm has been used to compensatethe transmissio...     

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。     

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%。     

A PLL Clock Frequency Multiplier Using Dynamic Current Matching Adaptive Charge-Pump and VCO Frequency Reuse

A 3.5 times PLL clock frequency multiplier for low voltage different signal （LVDS） driver is presented. A novel adaptive charge pump can automatically switch the loop bandwidth and a voltage-controlled oscillator （VCO） is designed with the aid of frequency ranges reuse technology. The circuit is implemented using 1st Silicon 0.25 μm mixed-signal complementary metal-oxide-semiconductor （CMOS） process. Simulation results show that the PLL clock frequency multiplier has very low phase noise and very short capture time .     

应用于CDR电路的DPLL设计与实现

数字锁相环(DPLL)技术在数字通信、无线电电子学等众多领域得到了极为广泛的应用,利用DPLL可以从串行位流数据中恢复出接收位同步时钟。时钟数据恢复(CDR)电路是同步光纤系统中的核心部件,性能优越的锁相环电路对CDR电路的实现有着极其关键的作用。本文介绍了一种全数字化CDR电路的设计。仿真和实验测试结果表明,该CDR电路可以对相位变化快速同步,尤其对突发数据的时钟恢复,相位抖动的消除有效。     

正交信号发生器的设计与实现

描述了基于AT89C52单片机、锁相环和开关电容滤波器的正交信号发生器的设计和实现方法.单片机产生方波,通过数字接口实现相位差为90°的方波,再通过两个8阶BUTTERWORTH低通开关电容滤波器MAX295对双路方波进行滤波,从而产生正交的正弦波.MAX295的时钟由锁相环倍频产生.采用连续时间滤波器抑制采样时钟的影响.频率覆盖范围0.1~20 kHz.频率和相位误差小于1%.     

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.