50Mbps低功耗時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)電路設(shè)計.pdf

1、串行傳輸技術(shù)僅采用數(shù)據(jù)線，節(jié)省了傳輸成本，降低了共享時鐘引起噪聲，是當今信息傳輸?shù)闹饕绞?。時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)電路（CDR）是串行傳輸系統(tǒng)接收端的核心，其主要功能是提取嵌入到數(shù)據(jù)流中的時鐘信息，在該時鐘信號的幫助下進行采樣，恢復(fù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，以消除數(shù)據(jù)在發(fā)送器、接收器間傳輸引入的抖動。對于目前已經(jīng)量產(chǎn)化的單芯片以太網(wǎng)物理層收發(fā)器，百兆內(nèi)的傳輸速率以及靈活的電源管理架構(gòu)，在保證傳輸速率的要求下，低功耗時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)是基本訴求。
　　本文使用S

2、MIC0.18μm CMOS工藝實現(xiàn)50Mbps低功耗時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)電路的設(shè)計，采用基于鎖相環(huán)帶外部參考時鐘的全速率雙環(huán)結(jié)構(gòu)。為了提高穩(wěn)定性，環(huán)路選擇三階；為了實現(xiàn)低功耗，壓控振蕩器（VCO）采用單端五級環(huán)形結(jié)構(gòu)；同時濾波器電容使用MOS管電容以節(jié)省版圖面積。使用Verilog-A并利用移位寄存器結(jié)合異或來實現(xiàn)輸入隨機NRZ序列的產(chǎn)生，以便對CDR進行測試。CDR環(huán)路在74.6us完成鎖定，恢復(fù)的數(shù)據(jù)能夠正確跟隨輸入，且恢復(fù)的時鐘下降沿在

3、輸入數(shù)據(jù)中間采樣，控制線上的紋波為1.54mV，系統(tǒng)恢復(fù)的時鐘上升沿峰值抖動為183ps，恢復(fù)的數(shù)據(jù)峰值抖動為189.6ps。
　　版圖布局與繪制時提前考慮襯底噪聲的影響，通過各方面的權(quán)衡以彌補電路設(shè)計中的不足，主要措施如：提高匹配性、物理距離隔離以及保護環(huán)等。后仿環(huán)路鎖定時間為77.04us，控制線上抖動小于1mV，時鐘的峰峰值抖動約為44ps。
　　同時，隨著芯片集成度的提高，襯底噪聲已成為混合信號電路設(shè)計的難題。數(shù)字電

4、路向襯底注入噪聲，并經(jīng)過襯底傳播損害敏感模擬電路性能，使得系統(tǒng)可靠性降低甚至失效。為了具體分析襯底噪聲對CDR性能的影響，通過襯底噪聲的耦合原理，建立了CDR襯底等效模型、噪聲源模型、N_well模型和電源/地線模型。將建立的模型應(yīng)用于CDR電路中，由仿真知襯底噪聲使壓控振蕩器的輸出頻率受到影響，系統(tǒng)鎖定時間延長，恢復(fù)的時鐘和數(shù)據(jù)峰值抖動增加，環(huán)路穩(wěn)定性下降。為了有效地抑制襯底噪聲，在建立的CDR襯底模型中加入保護環(huán)，測得環(huán)路鎖定時間由