用于12.5Gbit/s SerDes系统锁相环倍频器设计

采用0.18μm CMOS工艺设计了一款6.25 GHz锁相环倍频器,该倍频器适用于12.5 Gbit/s半速率复接的串行器/解串器(SerDes)发射系统。该锁相环倍频器不仅为SerDes发射系统提供6.25 GHz的时钟,也为系统提供1.25 GHz占空比1∶4的时钟。设计中鉴频鉴相器采用真单相时钟(TSPC)触发器,电荷泵采用电流舵结构,压控振荡器采用三级双延时环路结构,20分频器中的高速五分频采用源极耦合场效应晶体管逻辑(SCFL)触发器、低速四分频采用TSPC触发器。电路芯片面积为0.492 mm×0.668 mm。测试结果显示,锁相环的锁定范围为4.78～6.6 GHz,在1.8 V电源电压下核心电路的功耗为67.5 mW。当锁相环工作在6.25 GHz时,10 MHz频偏处相位噪声为-98.5 dBc/Hz,峰峰抖动为15 ps,均方根(RMS)抖动为3.5 ps。     

5Gb/s0.18μm CMOS半速率时钟与数据恢复电路设计

基于具体的系统需求,采用标准0.18μm CMOS工艺,设计了一种半速率bang-bang型时钟与数据恢复(CDR)电路。该CDR电路主要由改进型半速率鉴相器、带粗控端的环形压控振荡器(VCO)以及信道选择器等模块构成。其中,改进型半速率鉴相器通过增加四个锁存器,不但能获得较好的鉴相性能,还能使分接输出的两路数据自动实现相位对齐。带粗控端的环形VCO能够解决高振荡频率范围需求与低调谐增益需求之间的矛盾。信道选择器则能解决信道交叉出错问题。仿真结果表明,电路工作正常,在1.8V电压下,电路功耗为140mW,恢复出的时钟和数据抖动峰峰值分别为3.7ps和5ps。     

一种5 Gb/s双信道并行时钟数据恢复电路

基于0.18 μm CMOS工艺,设计了一种双信道并行时钟数据恢复(CDR)电路,它由1个锁相环(PLL)型CDR和1个相位选择/相位插值(PS/PI)型CDR结合实现。与传统的并行CDR相比,该CDR电路不需要本地参考时钟。PLL型CDR中环形压控振荡器的延迟单元采用电感峰化技术,拓展了带宽,实现了较高的振荡频率;电荷泵采用自举基准和运放,改善了充放电电流匹配。PS/PI型CDR中Bang-Bang型鉴相器结构简单,具有较好的鉴相功能;PS/PI电路比传统结构少2个相位选择器。仿真结果表明,当输入并行数据速率为5 Gb/s时,恢复出的2组时钟与数据的峰峰抖动值分别为6.1 ps,8.1 ps和8.7 ps,11.2 ps。电路核心模块的功耗为172.4 mW,整体电路版图面积为(1.7×1.585) mm²。     

一种全速率线性25Gb/s时钟数据恢复电路

面向高速光通信系统的应用,提出了一种全速率线性25Gb/s时钟数据恢复电路(Clock and Data Recovery Circuit,CDRC)。CDRC采用了混频器型线性鉴相器和自动锁频技术来实现全速率时钟提取和数据恢复。在设计中没有使用外部参考时钟。基于45nm CMOS工艺,该CDR电路从版图后仿真结果得到:恢复25Gb/s数据眼图的差分电压峰峰值V_pp和抖动峰峰值分别为1.3V和2.93ps;输出25GHz时钟的差分电压峰峰值V_pp和抖动峰峰值分别为1V和2.51ps,相位噪声为-93.6dBc/Hz@1MHz。该芯片面积为1.18×1.07mm²,在1V的电源电压下功耗为51.36mW。     

2.5Gb/s 0.18μm CMOS时钟数据恢复电路

采用TSMC公司标准的0.18μm CMOS工艺,设计并实现了一个全集成的2.5Gb/s时钟数据恢复电路.时钟恢复由一个锁相环实现.通过使用一个动态的鉴频鉴相器,优化了相位噪声性能.恢复出2.5GHz时钟信号的均方抖动为2.4ps,单边带相位噪声在10kHz频偏处为-111dBc/Hz.恢复出2.5Gb/s数据的均方抖动为3.3ps.芯片的功耗仅为120mW.     

1.25～3.125 Gb/s连续数据速率CDR设计

设计了一款工作速率为1.25～3.125 Gb/s的连续可调时钟数据恢复(CDR)电路,可以满足多种通信标准的设计需求.CDR采用相位插值型双环路结构,使系统可以根据应用需求对抖动抑制和相位跟踪能力独立进行优化.针对低功耗和低噪声的需求,提出一种新型半速率采样判决电路,利用电流共享和节点电容充放电技术,数据速率为3.125 Gb/s时,仅需要消耗50 μA电流.芯片采用0.13 μm工艺流片验证,面积0.42 m㎡,功耗98 mw,测试结果表明,时钟数据恢复电路接收PRBS7序列时,误码率小于10-12.     

5Gb/s高速光突发模式CDR电路设计

提出了一种结构简单、高速率的光突发模式时钟、数据恢复(CDR)电路。由系统仿真结果表明对速率为5Gb/s的NRZ突发数据可在10ps之内建立比特同步。     

2.5 Gbit/s光接收机电路的全集成

提供了应用于光纤传输系统同步数字体系(SDH)STM-16级别(2.5 Gb it/s)的全集成光接收机电路的设计。采用TSMC 0.25μm CMOS工艺进行流片。芯片对应于5μA的2.5 Gb it/s的PRBS输入码流(231-1),可恢复出一路1.25 GHz时钟,同时将2.5 Gb it/s的PRBS数据分接成4路625 Mb it/s数据,输出的时钟与数据均为标准的400 mV的PCML电平。芯片面积为1.04 mm×0.97 mm,电源电压为3.3 V时功耗为850 mW。     

2.5 Gb/s PS/PI型半速率时钟数据恢复电路设计

采用标准0.18 μm CMOS工艺,设计了一种相位选择(PS)/相位插值(PI)型半速率时钟数据恢复电路。该电路主要由半速率Bang-Bang鉴相器、改进型PS/PI电路、数字滤波器和数字控制器等模块构成。改进型PS/PI电路通过两个相位选择器和两个相位插值器实现正交时钟的产生,相较于传统结构,减少了两个相位选择器,降低了复杂度和功耗。数字滤波器和数字控制器通过Verilog代码自动综合生成,降低了设计难度。Cadence仿真结果表明,输入2.5 Gb/s伪随机数据时,电路在1.8 μs时锁定,锁定后恢复出的时钟和数据峰峰值抖动分别为17.71 ps和17.89 ps,可以满足短距离I/O接口通信的需求。     

半速率时钟10Gb/s光纤传输用2∶1复接器设计

介绍了使用 0 2 μmGaAsHEMT工艺设计的一个 1 0Gb/s以上的光纤传输用2∶1复接器。该复接器使用了半速率时钟的结构。为了减小功耗 ,设计时使用了 3 3V的电源 ,并对每个单元进行了优化。整个芯片的功耗约为 460mW。测试结果显示 ,该电路可以工作在 1 0Gb/s以上的数据速率。     

2.488 Gbit/s时钟数据恢复电路的设计

利用Cadence集成电路设计软件,基于SMIC 0.18 μm 1P6M CMOS工艺,设计了一款2.488 Gbit/s三阶电荷泵锁相环型时钟数据恢复(CDR)电路.该CDR电路采用双环路结构实现,为了增加整个环路的捕获范围及减少锁定时间,在锁相环(PLL)的基础上增加了一个带参考时钟的辅助锁频环,由锁定检测环路实时监控频率误差实现双环路的切换.整个电路由鉴相器、鉴频鉴相器、电荷泵、环路滤波器和压控振荡器组成.后仿真结果表明,系统电源电压为1.8V,在2.488 Gbit/s速率的非归零(NRZ)码输入数据下,恢复数据的抖动峰值为14.6 ps,锁定时间为1.5μs,功耗为60 mW,核心版图面积为566 μm×448μm.     

一种500 Mbps至4 Gbps连续速率的多模式CDR电路

提出了一种连续速率的时钟数据恢复(CDR)电路,可覆盖500 Mbps到4 Gbps数据率。该CDR电路在130 nm互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺下实现,基于相位插值(PI)原理,采用数字投票电路和相位控制逻辑替代电荷泵和模拟滤波器以方便工艺移植。为缩小片上锁相环(PLL)输出时钟频率范围,同时避免PI电路处于非线性区,该CDR电路采用多种速率模式切换的方式将采样时钟频率限定在500 MHz~1 GHz之间。PI电路为7 bit精确度,线性度良好,4 Gbps数据率时,恢复时钟的峰峰值抖动约为25.6 ps。该CDR误码率在10-10以下,可跟踪最大±976.6 ppm的数据频偏,功耗约为13.28 mW/Gbps,测试芯片大小为5 mm2,其中CDR芯核部分为0.359 mm2。     

基于0.25μmCMOS工艺的1.25Gb/s1∶10分接器设计

介绍一种用于千兆以太网的1.25Gb/s分接器电路。该电路实现了1路1.25Gb/s高速差分数据到10路125Mb/s低速并行单端数据的分接功能。电路采用树型分接器结构进行设计,包含一个高速1∶2分接器电路和两个低速1∶5分接器电路。芯片采用台湾TSMC的0.25μm混合信号标准CMOS工艺进行设计,后仿真结果表明,所设计电路完全达到了千兆以太网的系统要求,可以工作在1.25Gb/s的数据速率上。     

一种数据时钟恢复电路的研究与设计

提出了一种支持双数据率的数据时钟恢复电路,对电路中的鉴相器、环路滤波器、压控振荡器等进行了详细的分析研究和设计.基于0.18μm CMOS工艺,在电源电压1.8V下对电路进行仿真.仿真结果显示,电路在2.7 Gb/s和1.62 Gb/s随机流下的抖动峰峰值分别为14 ps和12ps,功耗为80 mW.测试结果显示,时钟恢复电路在2.7 Gb/s和1.62 Gb/s随机流下的抖动峰峰值分别为38 ps和27 ps.     

2.5Gbps/ch两通道并行时钟数据恢复电路

采用TSMC公司标准的0.18μm CMOS工艺,结合锁相环和延迟锁相环技术,设计并制作了一个全集成的2.5Gbps/ch并行时钟数据恢复电路.与传统并行数据恢复电路相比,该电路不需要本地参考时钟,并且恢复出的并行数据是位同步的.输入2路并行的231-1 PRBS数据,恢复出的2.5GHz时钟的均方抖动值为2.6ps,恢复出的两路2.5Gb/s数据的均方抖动值分别为3.3ps和3.4ps.     

2.5Gbps/ch两通道并行时钟数据恢复电路

采用TSMC公司标准的0.18μm CMOS工艺,结合锁相环和延迟锁相环技术,设计并制作了一个全集成的2.5Gbps/ch并行时钟数据恢复电路.与传统并行数据恢复电路相比,该电路不需要本地参考时钟,并且恢复出的并行数据是位同步的.输入2路并行的231-1 PRBS数据,恢复出的2.5GHz时钟的均方抖动值为2.6ps,恢复出的两路2.5Gb/s数据的均方抖动值分别为3.3ps和3.4ps.     

2.5Gb/s 0.18μm CMOS时钟数据恢复电路

采用TSMC公司标准的0．18μm CMOS工艺，设计并实现了一个全集成的2．5Gb／s时钟数据恢复电路．时钟恢复由一个锁相环实现．通过使用一个动态的鉴频鉴相器，优化了相位噪声性能．恢复出2．5GHz时钟信号的均方抖动为2．4ps，单边带相位噪声在10kHz频偏处为-111dBc／Hz．恢复出2．5Gb／s数据的均方抖动为3．3ps．芯片的功耗仅为120mW．     

10Gb/s CMOS时钟和数据恢复电路的设计

介绍了利用0.18μmCMOS工艺实现了应用于光纤传输系统SDHSTM-64级别的时钟和数据恢复电路。采用了电荷泵锁相环(CPPLL)结构,CPPLL中的鉴相器能够鉴测相位产生超前滞后逻辑,采样数据具有1∶2分接的功能。振荡器采用全集成LC压控振荡器,鉴相器采用半速率的结构。对应于10Gb/s的PRBS数据(231-1),恢复出的5GHz时钟的相位噪声为-112dBc/Hz@1MHz,同时10Gb/s的PRBS数据分接出两路5Gb/s数据。芯片面积仅为1.00mm×0.8mm,电源电压1.8V时功耗为158mW。     

半速率时钟10Gb／s光纤传输用2：1复接器设计

介绍了使用0．2μm GaAsHEMT工艺设计的一个10Gb／s以上的光纤传输用2：1复接器。该复接器使用了半速率时钟的结构。为了减小功耗，设计时使用了3．3V的电源，并对每个单元进行了优化。整个芯片的功耗约为460mW。测试结果显示，该电路可以工作在10Gb／s以上的数据速率。     

基于0.25μm CMOS工艺的1.25Gb/s1:10分接器设计

介绍一种用于千兆以太网的1．25Gb／s分接器电路。该电路实现了1路1．25Gb／s高速差分数据到10路125Mb／s低速并行单端数据的分接功能。电路采用树型分接器结构进行设计,包含一个高速1：2分接器电路和两个低速1：5分接器电路。芯片采用台湾TSMC的0．25μm混合信号标准CMOS工艺进行设计,后仿真结果表明,所设计电路完全达到了千兆以太网的系统要求。可以工作在1．25Gb／s的数据速率上。