用于CDR电路的相位插值选择电路设计

时钟数据恢复电路是高速多通道串行收发系统中接收端的关键电路,其性能的优劣直接影响了整个系统的功能.描述了双环时钟数据恢复电路利用相位正交的参考时钟进行工作的原理,分析了传统的正交时钟产生方案,提出一种新的相位插值-选择方案并给出了CMOS电路实现.在SMIC 0.18 μm CMOS工艺下采用Cadence公司的仿真工具Spectre进行了晶体管级验证,结果显示,利用该电路恢复出来的时钟对数据进行重定时,能较好地消除传输过程中积累的抖动,有效地提高了输入抖动容限.     

适用于连续数据速率CDR的相位插值器研制

通过对相位插值器电路进行建模分析,得到了相位插值器的线性度与输入信号之间相位差、输入信号上升时间和输出节点时间常数的关系.根据分析得到的结论,提出了一种新型的应用于连续数据速率时钟数据恢复电路的相位插值器,通过在相位插值器之前插入延时可控的缓冲器,使其输入信号的上升时间可以跟踪数据速率的改变,在保证线性度的同时,降低电路的噪声敏感度和功耗.芯片采用Charlerd 0.13 μm低功耗1.5/3.3 V工艺流片验证,面积为0.02 mm2,数据速率3.125 Gb/s时,功耗为8.5 mW.     

时钟数据恢复电路中相位插值器的分析和设计

分析了应用于时钟恢复电路中的相位插值器.为相位插值器建立了数学模型并基于模型对相位插值器在数学域进行了详细的分析.分析结果表明相位插值器输出时钟的相位和幅度强烈地依赖于插值器输入时钟间的相位差,同时提出一种新的编码方法来补偿相位的非线性.考虑到实际电路中寄生效应,文章同样在电路域中对相位插值器进行了详细分析.通过建立电路模型得到RC时间常数和输入时钟间的相差的关系,得到了它对相位插值器线性的影响.在设计中通过在PI的输入增加可控RC的输入缓冲器来调整输入时钟沿的快慢,从而降低了这种影响.最后利用分析得到的结论,使用90nm CMOS工艺设计并制造了一个相位插值器.它的供电电压为1.2V,功耗为1mw,工作范围从1GHz到5GHz.测试结果表明,输出相位单调并具有良好的线性度,验证了分析的正确性.     

一种高线性度相位插值器

设计并实现了一种高线性度相位插值器。分析了相位插值器的工作原理和传统相位插值器结构,以此为基础,提出了一种具有高线性度的相位插值器电路。该电路采用TSMC 90 nm CMOS工艺进行设计,后仿真结果表明本设计的相位插值器具有良好的线性度,整个电路版图面积为(155×368) μm²,核心电路面积为(63×114) μm²。在1.2 V的电源电压下,相位差值器模块电路的功耗为3.12 mW。     

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。     

时钟数据恢复电路中相位插值器的分析和设计

分析了应用于时钟恢复电路中的相位插值器.为相位插值器建立了数学模型并基于模型对相位插值器在数学域进行了详细的分析.分析结果表明相位插值器输出时钟的相位和幅度强烈地依赖于插值器输入时钟间的相位差,同时提出一种新的编码方法来补偿相位的非线性.考虑到实际电路中寄生效应,文章同样在电路域中对相位插值器进行了详细分析.通过建立电路模型得到RC时间常数和输入时钟间的相差的关系,得到了它对相位插值器线性的影响.在设计中通过在PI的输入增加可控RC的输入缓冲器来调整输入时钟沿的快慢,从而降低了这种影响.最后利用分析得到的结论,使用90nm CMOS工艺设计并制造了一个相位插值器.它的供电电压为1.2V,功耗为1mw,工作范围从1GHz到5GHz.测试结果表明,输出相位单调并具有良好的线性度,验证了分析的正确性.     

现代光通信中的CMOS时钟数据恢复

针对现代光通信和其他高速串行通信,设计了一个用于高速串行收发器中的CMOS数字bang-bang时钟数据恢复系统.采用的数字bang-bang时钟数据恢复的结构,具有简单、功耗低、性能稳定的优点.时钟数据恢复采用改进编码方式的相位插值器,输出具有恒定幅度和良好的线性相位特性.测试表明,功耗为35 mW. 输入信号眼图闭合0.5UI,信号差分峰-峰值150 mV条件下误码率小于10-12.     

10Gb/s突发模式时钟数据恢复电路设计

突发模式的时钟数据恢复是10G EPON系统的关键技术之一。本文介绍了一种基于XNOR/XOR门的振荡器,分析了其工作原理与性能,以此为基础设计了半速率突发时钟恢复电路。设计采用SMIC 0.13?m CMOS工艺进行了流片验证,芯片面积为675?m ? 625?m。测试结果表明,该电路可以即时的实现10Gbit/s的突发数据恢复,恢复出的时钟数据符合IEEE 802.3av标准,锁定时间小于5bit。     

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。     

3.125Gb/s基于PS/PI型的时钟与数据恢复电路设计

基于标准0.18μmCMOS工艺,设计了一种全速率PS/PI型时钟与数据恢复(CDR)电路。该电路主要由bang-bang型鉴相器、数字控制模块、分接器、相位选择器以及相位插值器等模块构成。根据本CDR的特点,提出了一种在分接器后对超前、滞后信息进行统计比较得到一组低速信号来解决高速模拟电路和低速数字电路之间的接口问题。     

A Phase Interpolator CDR with Low-Voltage CML Circuits

In this paper, a phase interpolator clock and data recovery (CDR) with low-voltage current mode logic (CML) latched, buffers, and muxes is presented. Because of using the CML circuits, the CDR can operate in a low supply voltage. And the original swing of the differential inputs and outputs is less than that of the CMOS logic. The power supply voltage is 1.2 V, and the static current consumption is about 20 mA. In this phase interpolator CDR, the charge pump and loop filter are replaced by a digital filter. And this structure offers the benefits of increased system stability and faster acquisition.     

一种适用于内嵌时钟串行链路的5Gbps小面积CDR

本文提出了一种支持多标准的具有系数可调的均衡器和宽跟踪能力的时钟数据恢复电路。基于对系统参数和一阶 bang-bang 时钟数据恢复电路的环路特性分析,推导出电路设计参数。考虑到抖动性能,追踪能力以及芯片面积,文中采用了一阶数字滤波器和6-bit DAC以及高线性度的相位插值器实现了高相位调整精度和小面积的时钟恢复电路,同时该结构实现了±2200ppm的频偏跟踪能力,使得该结构适用于不同源的高速串行传输系统,尤其是内嵌时钟结构。该设计已经在55nm CMOS工艺上流片验证,测试结果显示符合误码率的要求以及抖动容忍规范。该测试芯片整体面积是0.19mm2,其中时钟恢复电路只占0.0486mm2 而且该电路工作在5Gbps,供电电压为1.2V时,只消耗30mW。     

A 2 Gbps to 12 Gbps Wide-Range CDR with Automatic Frequency Band Selector

The need for wide-band clock and data recovery(CDR) circuits is discussed.A 2 Gbps to 12 Gbps continuous-rate CDR circuit employing a multi-mode voltage-control oscillator(VCO),a frequency detector,and a phase detector(FD&PD) is described.A new automatic frequency band selection(FBS) without external reference clock is proposed to select the appropriate mode and also solve the instability problem when the circuit is powering on.The multi-mode VCO and FD/PD circuits which can operate at full-rate and half-rate modes facilitate CDR with six operation modes.The proposed CDR structure has been modeled with MATLAB and the simulated results validate its feasibility.     

低电压高速CMOS电流模线性鉴相器的设计

在高速时钟和数据恢复电路(CDR)中一般采用高数率比线性鉴相器(LPD)来降低鉴相器(PD)和压控振荡器(VCO)的工作频率.从电路结构的复杂度、芯片面积以及功耗三方面,对三种不同速率比LPD电路进行了分析比较;针对2.5 Gbit/sCDR电路的具体应用,分别设计了半数率比和1/4数率比LPD,均通过了功能仿真;最后比较仿真结果,在2.5 Gbit/s应用下,半数率比结构是合理的选择.电路设计采用TSMC 0.18 μm CMOS混合信号工艺,LPD电路均采用低电压高速电流模逻辑(CML)实现.     

一种适用于NRZ数据的时钟数据恢复电路

提出了一种基于传统电荷泵锁相环结构的时钟数据恢复电路.采用一种适用于NRZ数据的新型鉴频鉴相器电路,以克服传统鉴频鉴相器在恢复NRZ信号时出现错误脉冲的问题,从而准确地恢复出NRZ数据.同时,对其他电路也采用优化的结构,以提高时钟数据恢复电路的性能.设计的电路可在1.1 V超低电压下工作,适合RF ID等需要低电压、低功耗的系统使用.     

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。     

A 1.7 Gbps DLL‐Based Clock Data Recovery for a Serial Display Interface in 0.35‐μm CMOS

This paper presents a delay‐locked‐loop–based clock and data recovery (CDR) circuit design with a nB(n+2)B data formatting scheme for a high‐speed serial display interface. The nB(n+2)B data is formatted by inserting a ‘01’ clock information pattern in every piece of N‐bit data. The proposed CDR recovers clock and data in 1:10 demultiplexed form without an external reference clock. To validate the feasibility of the scheme, a 1.7‐Gbps CDR based on the proposed scheme is designed, simulated, and fabricated. Input data patterns were formatted as 10B12B for a high‐performance display interface. The proposed CDR consumes approximately 8 mA under a 3.3‐V power supply using a 0.35‐μm CMOS process and the measured peak‐to‐peak jitter of the recovered clock is 44 ps.     

一种新型的高速时钟数据恢复电路的设计和验证

针对高速(Gbit/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。和传统的双环路结构相比,在功耗和面积可比拟的前提下,该结构系统的复杂度低、响应速度快。电路采用1.8 V,0.18μm CMOS工艺流片验证,测试结果显示在2 Gbit/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。芯片面积约0.5 mm~2,时钟数据恢复部分功耗为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。     

A 40 Gb/s Clock and Data Recovery Module with Improved Phase‐Locked Loop Circuits

A 40 Gb/s clock and data recovery (CDR) module for a fiber‐optic receiver with improved phase‐locked loop (PLL) circuits has been successfully implemented. The PLL of the CDR module employs an improved D‐type flip‐flop frequency acquisition circuit, which helps to stabilize the CDR performance, to obtain faster frequency acquisition, and to reduce the time of recovering the lock state in the event of losing the lock state. The measured RMS jitter of the clock signal recovered from 40 Gb/s pseudo‐random binary sequence (2³¹‐1) data by the improved PLL clock recovery module is 210 fs. The CDR module also integrates a 40 Gb/s D‐FF decision circuit, demonstrating that it can produce clean retimed data using the recovered clock.