单光子探测盖革雪崩焦平面用低抖动多相位时钟电路设计

针对单光子探测盖革雪崩焦平面读出电路应用,基于全局共享延迟锁相环和2维H型时钟树网络,该文设计一款低抖动多相位时钟电路.延迟锁相环采用8相位压控延迟链、双边沿触发型鉴相器和启动-复位模块,引入差分电荷泵结构,减小充放电流失配,降低时钟抖动.采用H时钟树结构,减小大规模电路芯片传输路径不对称引起的相位差异,确保多路分相时钟等延迟到达像素单元.采用0.18 mm CMOS工艺流片,测试结果表明,延迟锁相环锁定频率范围150～400 MHz.锁定范围内,相位噪声低于–127 dBc/Hz@1 MHz,时钟RMS抖动低于2.5 ps,静态相位误差低于65 ps.     

一种应用于阵列TDC的低抖动锁相环设计

传统的PLL（Phase Locked Loop）电路受限于环路参数的选定,其相位噪声与抖动特性已经难以满足大阵列、高精度TDC（Time-to-Digital Converter）的应用需求.本文致力于PLL环路带宽的优化选取,采取TSMC 0.35μm CMOS工艺实现了一款应用于TDC的具有低抖动、低噪声特性的锁相环（Phase Locked Loop,PLL）电路,芯片面积约为0.745mm×0.368mm.实际测试结果表明,在外部信号源输入15.625MHz时钟信号的条件下,PLL输出频率可锁定在250.0007MHz,频率偏差为0.7kHz,输出时钟占空比为51.59%,相位噪声为114.66dBc/Hz@1MHz,均方根抖动为4.3ps,峰峰值抖动为32.2ps.锁相环的相位噪声显著降低,输出时钟的抖动特性明显优化,可满足高精度阵列TDC的应用需要.     

一种电流失配自适应补偿宽带锁相环设计

针对宽带自偏置锁相环(PLL)中存在严重的电荷泵电流失配问题,提出了一种电流失配自适应补偿自偏置锁相环。锁相环通过放大并提取参考时钟与反馈时钟的锁定相位误差脉冲,利用误差脉冲作为误差判决电路的控制时钟,通过逐次逼近方法自适应控制补偿电流的大小,逐渐减小鉴相误差,从而减小了锁相环输出时钟信号抖动。锁相环基于40 nm CMOS工艺进行设计,后仿真结果表明,当输出时钟频率为5 GHz时,电荷泵输出噪声从-115.7 dBc/Hz@1 MHz降低至-117.7 dBc/Hz@1 MHz,均方根抖动从4.6 ps降低至1.6 ps,峰峰值抖动从10.3 ps降低至4.7 ps。锁相环输出时钟频率为2～5 GHz时,补偿电路具有良好的补偿效果。     

一种用于脉冲式超宽带接收机的低抖动，低杂散多相输出锁相环

本文提出了一种用于脉冲式超宽带接收机的低抖动,低杂散多相输出锁相环。为了同时满足低抖动、低功耗和输出多相时钟这些需求,该锁相环基于一个环形振荡器结构。为了提高多相时钟的时间精度和相位噪声性能,设计了一个改善了噪声和匹配特性的压控振荡器。在设计中,通过良好的匹配电荷泵和仔细选择环路滤波器带宽来抑制参考频率杂散。测试结果表明,当载波频率为264 MHz时,1 MHz失调频率下的相位噪声为-118.42 dBc/Hz,均方根抖动为1.53 ps,参考频率杂散为-66.81 dBc。该芯片采用0.13 µm CMOS工艺制造,1.2 V电源电压下功耗为4.23 mW,占用0.14 mm2的面积。     

基于噪声分析的低抖动全数字锁相环的设计

设计了一个用于时钟产生的全数字锁相环(ADPLL),其数控振荡器(DCO)采用9级环形振荡器,每级延迟单元的延迟时间均是可调的,各级倒相器的尺寸经过精确设计.该电路基于SMIC 0.13μm CMOS工艺,采用1.2 V电源供电,整个芯片的面积为0.13485 mm2.示波器测试结果表明,锁相环的捕获频率范围为100～500 MHz,输出频率为202.75 MHz时,峰-峰值抖动为133 ps,RMS抖动为46 ps.     

高性能数字时钟数据恢复电路

设计了一个数字时钟数据恢复电路,采用相位选择锁相环进行相位调整,在不影响系统噪声性能的前提下大大降低了芯片面积。该电路应用于100 MHz以太网收发系统中,采用中芯国际0.18μm标准CMOS工艺实现,核心电路相位选择锁相环的芯片面积小于0.12 mm2,电流消耗低于4 mA。仿真与测试结果表明,恢复时钟抖动的峰峰值小于350 ps,相位偏差小于400 ps,以太网接收误码率小于10-12,电路可以满足接收系统的要求。     

DS4266：266MHz晶体振荡器

Maxim推出针对DDR存储应用的266MHz时钟振荡器DS4266。该器件具有精确的48％／52％占空比输出、低于1psRMS（12kHz至20MHz）的RMS抖动、以及±7．5ps（典型值）的周期间抖动。器件提高了系统的时钟裕量,并且在高速数据传输期间具有低误码率（BER）。DS4266占空比及抖动性能使其理想用于对时钟有严格要求的DDR存储系统。     

一种高速低噪声时钟扇出器的设计

面向多通道超高速数据采集设备对高性能分配器的需求,提出了一种低抖动、低延迟、高稳定性的射频时钟扇出器结构。两组输入时钟端口可供选择,内部采用无运放结构的带隙基准电路,提供精确偏置电压,最高支持10路LVPECL电平输出。端口采用优化的斜边叉指型二极管ESD保护结构,提升电路的ESD保护性能。该时钟扇出器电路基于180nm SiGe工艺设计流片。经测试,3.3V电源电压条件下,最高工作频率5GHz;在122.08MHz载频下,测得附加相位噪声为-128.09dBc/Hz@10Hz、-160.75dBc/Hz@1MHz,从10kHz到20MHz积分,附加抖动为21fs RMS;常温25℃下测得,最大输出通道间偏斜为30ps,传输延迟80ps;ESD保护电压为4500V。     

适用于HDTV的低抖动时钟电路

采用高速鉴频鉴相器、抗抖动电荷泵和差分对称负载延迟单元优化结构,综合分析环形振荡器各类噪声模型,设计了一种适用于HDTV的低抖动时钟电路。芯片采用SMIC 0.35μm标准CMOS工艺,3.3 V电源电压。在一定测试环境下,输出30 MHz时钟信号抖动σ仅为10.4 ps,能很好地满足电路设计要求。     

用于高能物理实验电子读出芯片的低噪声锁相环芯片设计

基于TSMC 180 nm工艺设计并流片测试了一款用于高能物理实验的电子读出系统的低噪声、低功耗锁相环芯片。该芯片主要由鉴频鉴相器、电荷泵、环路滤波器、压控振荡器和分频器等子模块组成,在锁相环电荷泵模块中,使用共源共栅电流镜结构精准镜像电流以减小电流失配和用运放钳位电压进一步减小相位噪声。测试结果表明,该锁相环芯片在1.8 V电源电压、输入50 MHz参考时钟条件下,可稳定输出200 MHz的差分时钟信号,时钟均方根抖动为2.26 ps(0.45 mUI),相位噪声在1 MHz频偏处为-105.83 dBc/Hz。芯片整体功耗实测为23.4 mW,锁相环核心功耗为2.02 mW。     

适用于1000Base-T以太网的低抖动低功耗频率综合器

采用高速鉴频鉴相器(TSPC)、经典抗抖动的电荷泵、交叉耦合差分延迟单元以及电阻分压相位内插电路等结构设计了一个应用于1000Base-T以太网收发器的频率综合器电路,并能兼容10/100Mbps模式.该电路同时满足发送电路上升下降斜率控制和时钟恢复电路对于多相时钟(128相)的需要,大大节约了面积和功耗.在晶振的绝对抖动σ约为16ps情况下,输出25MHz测试时钟信号σ仅为11ps.表明该频率综合器有较强的抑制噪声能力,能很好满足发送和接收电路对于时钟性能的要求.芯片采用SMIC 0.18μm的标准CMOS工艺,电源电压为1.8V,功耗小于4mW.     

适用于1000Base-T以太网的低抖动低功耗频率综合器

采用高速鉴频鉴相器(TSPC)、经典抗抖动的电荷泵、交叉耦合差分延迟单元以及电阻分压相位内插电路等结构设计了一个应用于1000Base-T以太网收发器的频率综合器电路,并能兼容10/100Mbps模式.该电路同时满足发送电路上升下降斜率控制和时钟恢复电路对于多相时钟(128相)的需要,大大节约了面积和功耗.在晶振的绝对抖动σ约为16ps情况下,输出25MHz测试时钟信号σ仅为11ps.表明该频率综合器有较强的抑制噪声能力,能很好满足发送和接收电路对于时钟性能的要求.芯片采用SMIC 0.18μm的标准CMOS工艺,电源电压为1.8V,功耗小于4mW.     

一种应用于SoC的小面积高性能锁相环IP单元

基于0.13μm 1P5M CMOS工艺,设计了一种适用于SoC的小面积高性能PLL IP单元。采用一种新的系统环路参数设计方法,极大地减小了芯片面积。PLL的工作电压为1.2V,输出时钟频率范围为36～768MHz。输出时钟频率600MHz时,时钟抖动约为3.3ps,功耗为4.2mW,芯片面积为0.036mm2。     

数字器件

MAX3674:双输出时钟发生器Maxim推出用于高速设备的宽频率范围、双输出时钟发生器MAX3674。器件采用低噪声VCO和PLL架构,可由片内晶体振荡器或外部LVCMOS时钟提供的低频参考时钟产生高达1360MHz的5ps RMS低抖动输出时钟。为降低     

SOC用400-800MHz锁相环IP的设计

设计了一个基于锁相环结构、可应用于SOC设计的时钟产生模块.电路输出频率在400～800 MHz,使用SMIC 0.18 μm CMOS工艺进行流片.芯片核心模块工作电压为1.8 V和3.3 V.根据Hajimi关于VCO中抖动(jitter)的论述,为了降低输出抖动,采用一种全差动、满振幅结构的振荡器;同时,通过选取合适的偏置电流,实现对环路带宽的温度补偿.流片后测试结果为:输出频率范围400～800 MHz,输入频率40～200 MHz;在输出频率为800 MHz时,功耗小于23 mA,周期抖动峰峰值为62.5 ps,均方根(rms)值为13.1 ps,芯片面积0.6 mm2.     

一种环路带宽自适应调整的时钟数据恢复电路

针对SONTE OC-192、PCIE3.0、USB3.2等协议在串行时钟数据恢复时对抖动容限、环路稳定时间的要求,提出了一种环路带宽自适应调整、半速率相位插值的时钟数据恢复电路(CDR)。设计了自适应控制电路,能适时动态调整环路带宽,实现串行信号时钟恢复过程中环路的快速稳定,提高了时钟数据恢复电路抖动容限。增加了补偿型相位插值控制器,进一步降低了数据接收误码率。该CDR电路基于55 nm CMOS工艺设计,数据输入范围为8～11.5 Gbit/s。采用随机码PRBS31对CDR电路的仿真测试结果表明,稳定时间小于400 ns,输入抖动容限大于0.55UI@10 MHz,功耗小于23 mW。     

一种应用于HDMI接收端的宽频带锁相环设计

基于110 nm CMOS工艺设计了一种应用于HDMI接收端电路的宽频带低抖动锁相环。采用一种改进型双环结构电荷泵,在25～250 MHz的宽输入频率范围内实现了快速锁定。通过高相噪性能的伪差分环形振荡器产生了调谐范围为125 MHz～1.25 GHz的时钟信号。仿真实验结果表明,该锁相环的锁定时间小于1.2μs,在振荡器工作频率为0.8 GHz时,其相位噪声为-100.0 dBc/Hz@1 MHz,输出时钟峰峰值抖动为4.49 ps。     

低抖动高分辨率线性DCO的设计

设计了一个低抖动、高分辨率的线性DCO.该DCO由9级单端倒相器构成,通过分析输出时钟抖动、分辨率与每级倒相器尺寸之间的关系,找到设计的最佳尺寸,最终实现版图.采用SMIC 1μm 1P8M CMOS 工艺,1.2 V电源供电,振荡频率为180～580 MHz,分辨率为10 ps,Hspicerf仿真结果表明,DCO输出时钟为505.67 MHz时,峰-峰值抖动为72.159 ps.     

低抖动时钟调整器

该系列共有L M K03000、LMK03000C、LMK03001、LMK03001C及LMK02000等五款产品。它们的时钟范围为1～200MHz，可将时钟信号的抖动减低至0．2ps，内置高性能的整数N锁相环路核心、压控振荡器以及3个LVDS和5个LVPECL时钟输出。LMK03000C及LMK03001C都可将信号抖动减少至0．4ps RMS，     

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.