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。     

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%.     

通信系统中小型化频率合成器设计

文章针对通信接收机小型化的要求提出了一种接收机频率源的设计思路,采用TSMC 0.18μm 1P6M混合信号工艺设计锁相环(phase locked loop,PLL)电路结构,设计了一种具有快速锁定时间、较宽频率调谐范围、低相位噪声的电荷泵锁相环(charge pump phase locked loop,CPPLL)。使用Cadence Spectre对电路进行仿真,电路整体具有在输入参考频率23～600 MHz之间产生1.92～2.62 GHz的时钟信号功能。在中心频率2.3 GHz、偏移载波频率10 MHz的情况下,敏感单元环形压控振荡器的相位噪声为-112.9 dBc/Hz。进行版图设计后,对电路进行验证,设计出小型化频率合成器芯片。     

适用于多边带频分复用超宽带系统的CMOS频率综合器

采用整数分频锁相环、单边带混频器、多相位滤波器、频率选择器设计了适用于多边带频分复用超宽带系统的频率综合器.该频率综合器可以产生3.432,3.96,4.488 GHz 3个频率信号,仿真结果表明该电路提供大于35.29 dB,边带杂散抑制性能,频率信号之间的切换时间小于1.35 ns,相位噪声积分为2.62°,满足了超宽带通信系统收发机对于本地时钟性能的要求.频率综合器采用0.18μm RF CMOS工艺设计,在1.8 V电源电压下,总功耗为66.6 mW.     

基于AD9517-1的高速时钟系统稳定性设计与信号完整性分析

本文以一个14位,转换速率250 MSPS的模数转换器(ADC)为信号终端,提出了一种提高高速ADC时钟电路稳定性的解决方案.方案使用AD9517-1作为时钟分配芯片,为芯片设计了一款中心频率250 MHz,相位噪声-98.7d Bc/Hz的三阶环路滤波器.信号输出性噪比(SNR)70.12 d B,时钟抖动282 fs rms,带宽496 fs rms.通过分析时钟信号的过冲和反射现象,对输出信号进行了基于低温共烧陶瓷工艺(LTCC)的微带线复数阻抗匹配和仿真.     

基于北斗的电力系统时间同步装置设计

针对电力系统时间同步中单一时间源出现的信号状况较差或时间源切换过程中的误差等问题,采用北斗二号同步卫星以及GPS同步卫星的双时钟模式授时方案实现系统主时钟内部的时间在一定的精度内确保稳定的输出.系统充分利用现场可编程门阵列(FPGA)硬件方法快速的优点,通过IRIG-B码的编码解码,利用FPGA内部的PLL锁相环的PFD将VCO产生的内部时钟信号与输入秒脉冲相位对齐,使系统可以准确输出1PPS秒脉冲,为电力系统提供可靠的时间同步.     

应用于9通道8-bit 1 GS/s时钟交叠SAR ADC的后台校准改进方法

报道了三种应用于时钟交叠模数转换器(Time-Interleaved ADC,TI ADC)的后台校准改进方法,分别校准系统中多通道之间的失调失配、增益失配以及多相位时钟之间的时间偏差.失调校准技术基于统计学期望算法,增益校准技术基于统计学方差算法,时钟校准技术基于平均过零点算法,3种校准技术皆由改进的误差检测模块和误差补偿模块来实现.误差检测以及补偿模式可以根据TI ADC的设计要求调节校准精度.对带有误差失配的9通道8-bit 1GS/s时钟交叠SAR ADC电路仿真验证,经过校准,无杂散动态范围皆高于63dB,失调失配小于0.1LSB,增益失配小于0.23%,时间偏差小于3ps.     

基于极性发射机的两点调制锁相环的设计

采用0.11μm 1P6M CMOS工艺设计与研究了一款适用于蓝牙极性调制发射机的两点调制锁相环.为了校正锁相环中两个相位调制路径的环路增益,降低采用该锁相环的发射机的频移键控误差,提出了一种新型的增益校正方法,并基于该方法设计了低相位噪声、低锁定时间的两点调制锁相环电路.芯片的测试结果表明,当压控振荡器震荡在4.8 GHz时,该锁相环在偏离4.8 GHz 10 kHz、1 MHz和3 MHz时的相位噪声依次为-83、-108和-114 dBc/Hz,采用该锁相环的极性调制发射机发射0 dBm信号时频移键控误差为2.97%,该锁相环的芯片面积为0.32 mm~2,整体性能满足蓝牙射频芯片测试规范要求.     

应用于FPGA芯片时钟管理的锁相环设计实现

设计了一种嵌入于FPGA芯片的锁相环,实现了四相位时钟、倍频、半整数可编程分频、可调节相位输出功能,满足对于FPGA芯片时钟管理的要求.锁相环采用了自偏置结构,拓展了锁相环的工作范围,缩短了锁定时间,其阻尼系数以及环路带宽和工作频率的比值都仅由电容的比值决定,有效地减小了工艺、电压、温度等对电路的影响.锁相环采用0.18μm CMOS数字工艺,嵌入复旦大学自主研发的FPGA芯片FDP-Ⅱ,经过流片验证,实现了工作频率范围10~600 MHz,整体电路功耗仅为29 mW,锁定时间小于4μs,峰峰值抖动小于±145 ps.     

基于CORDIC算法的QDDS设计及其FPGA实现

设计了一种基于CORDIC算法的正交输出直接数学频率合成器(QDDS),并在ALTERA FLEX10K 系列FPGA上予以实现.该结构包括流水线32位相位累加器和16位CORDIC旋转器.系统的时钟频率20M Hz,频率切换器时为一个时钟,建立时间为20个时钟,频率为0.004 656 Hz,输出信号的频率为DC到8M Hz.     

优化耦合方式的低相位噪声宽带正交压控振荡器设计

本文对传统正交压控振荡器(QVCO)耦合方式进行了改进,提出了在耦合管的源端引入相移网络的方法,从而改善了QVCO电路的相位噪声性能以及减小输出相位失配,并依此设计了一个低相位噪声,输出相位关系稳定的宽带正交压控振荡器.QVCO电路采用TSMC 0.13 μm CMOS工艺进行设计,输出频率范围为3.4～5.48 GHz,即调谐范围达46.8%.测试表明,输出频率4.2 GHz时在频偏1 MHz处,相位噪声为-120 dBc/Hz.在整个输出频率范围内电路FOM值介于179.5～185.2 dB,电路功耗为7.68～18mW.     

ETC系统中功分比可变的双频正交功分器

文中提出一种可用于多波束电子不停车收费(ETC)系统的新型正交Hybrid耦合器.为适应ETC系统的不同频段应用,该新型正交耦合器设计为覆盖两个常用的ETC系统工作频段:2.4 GHz(2.2~2.6 GHz)和5.8 GHz(5.5~6.0 GHz).该耦合器在上述两个频带上具有不同的功率分配特性——在2.4GHz频段为等比例正交输出,在5.8GHz频段则是在0.6~7.3d B范围内的正交输出.文中提出的正交功分器具有频带宽度大、电路尺寸小的优点.实物测试和仿真数据吻合良好,说明该功分器是有效的.     

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.     

基于锁相环的滞后超前环路滤波器的设计与仿真

为了改善锁相环电路的稳定性以及其相位噪声性能,基于对锁相环路传输特性的分析,提出并实现了一种新的高阶滞后超前环路滤波器的设计方法.该电路适用于高速锁相环及时钟数据恢复电路.通过调节环路滤波器元件的参数,可以满足不同的电路要求.对环路滤波器版图数据进行了PSPICE模拟,其结果表明,锁相环电路的相位裕量在40°~50°范围内时,电路的锁相时间、输出波形的形式都能够达到最优的状态.     

一种具备自动增益控制功能的宽带正交解调器

为了实现无线电接收机对多个通信标准的兼容和对信号链路增益的自动调节,提出了一种适用于宽带(0.8~2.7GHz)接收机并具备自动增益控制(AGC)功能的正交解调器。该解调器的信号主路上采用一个宽带设计的射频可变增益放大器和一个中频可变增益放大器,频率变换则通过一个增益可调的吉尔伯特单元实现。在信号反馈环路上采用一个均方根功率检波器检测输出信号的幅度并转换成直流电压,然后通过检波器输出的直流电压控制主路上各个模块的增益,从而形成一个AGC闭环系统。该解调器仅采用模拟电路实现AGC功能,避免了传统数字辅助型AGC需要大量端口、算法实现复杂和精度受有限步长的限制等缺点。该解调器在0.18μm BiCMOS工艺平台下设计并流片验证,测试结果表明:在0.8~2.7GHz内,正交解调器的可调转换增益范围为-36~36dB,解调带宽为100MHz;最大增益下噪声系数为9dB,正交相位误差1.6°,幅度误差为0.9dB。     

高速低压模拟相位内插器的设计

设计了一种应用于高速时钟数据恢复电路的低压模拟相位内插器.时钟输入管和电流产生管采用隔离设计,降低了输入时钟电平变化对尾电流的影响;在输入端和输出端增加了整形电路,可有效提高相位内插器在低电压和高频工作环境下的线性度.基于TSMC 90 nm CMOS工艺进行设计,仿真结果表明,该相位内插器在1.2 V工作电压和最大90°相位差的输入时钟下,工作频率达到1.25 GHz,相位内插精度小于±10 ps,具有良好的线性度.     

1.5 GHz Serdes低抖动锁相环的设计

设计并实现了一种应用于1.5GHz Serdes高速接口系统的低抖动锁相环。出于应用考虑,设计的重点是降低抖动,根据锁相环的系统特点、噪声特性以及物理实现时的种种外部干扰因素的影响,分别提出了系统级设计、电路设计以及版图设计上的减小噪声、降低抖动的方法。电荷泵锁相环采用0.18μm 1P4M互补金属氧化物半导体(CMOS)混合信号工艺制造,芯片面积为700μm×320μm。仿真结果表明,电路中心频率为1.5GHz,锁定时间小于5μs,偏离中心频率1MHz处的相位噪声为-95.39dBc/Hz,RMS jitter为3.6ps,总功耗为6mW。     

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。     

用于高速模数转换器的电荷泵型低抖动时钟管理电路

针对高速模数转换器(ADC)对时钟信号的占空比以及低抖动的要求,提出了一种电荷泵型的时钟管理电路,利用电荷泵构成两个闭环回路,分别实现占空比稳定和可调双相不交叠时钟产生功能。电荷泵对时钟相位的积分功能可实现宽范围的时钟占空比调节,并能明显抑制电源噪声对时钟下降沿抖动的影响。该时钟管理电路采用0.18μm标准CMOS工艺设计。版图寄生参数提取后的仿真结果表明:该时钟管理电路可在40～200 MHz频率范围内,将20%～80%的输入占空比稳定地调整到45%～55%的范围内;在200 mV电源干扰的条件下,输出时钟抖动可降低到传统RC型占空比稳定电路的1/10之下。将该时钟电路应用于一款双通道、200MSPS、14位的流水线ADC中,测试结果表明ADC的信号噪声失真比达到了73.01 dB。     

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.