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.     

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.     

采用相邻采样求和的突发模式相位插值型CDR

提出了一种具有良好抑制输入数据抖动性能的突发模式相位插值型时钟数据恢复电路。在传统相位插值型电路结构的基础上,在采样保持电路与相位插值电路之间加入一级求和电路,理论分析和仿真结果表明,恢复时钟相位变化受输入数据抖动的影响明显减小。电路基于1.1 V SMIC 40 nm 1P8M CMOS工艺搭建,其数据率为6.25 Gb/s,消耗功耗为6.7 mW,版图面积为0.35 mm²。     

一种基于开关跨导混频器的相位插值器

提出一种新型的四路正交混频器,基于该正交混频器设计了一种四路正交相位插值器。在TSMC 40 nm CMOS工艺下的仿真结果表明,在相同的电源电压和仿真环境下,设计的相位插值器与传统结构相比,其步长、积分非线性和微分非线性等指标相近,其中混频器的功耗降低9.5%。在性能相近的条件下,设计的相位插值器的功耗优于传统结构。在更低的电源电压下,基于该混频器的相位插值器将有更好的应用前景。     

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.     

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。     

一种用于千兆以太网的时钟数据恢复电路设计与实现

采用标准0.13μm CMOS工艺,设计了一种基于相位插值器的1/4速率时钟数据恢复电路,并将其应用于千兆以太网的SerDes收发器。该电路主要由高速采样电路、相位检测电路、相位选择控制电路、相位插值控制电路、相位选择器以及相位插值器等组成。相较于传统的基于锁相环结构的时钟数据恢复电路,该电路降低了数据峰峰值抖动和电路设计的复杂度。仿真结果表明,时钟数据恢复电路锁定后,恢复的时钟和数据的峰峰值抖动分别为38 ps和87 ps,满足了IEEE 802.3z协议要求。     

一种高速高线性度采样保持电路

采用SMIC 0.18 μm CMOS工艺,设计了一种应用于高速ADC的采样保持电路。运用大信号建模分析方法,针对采样保持电路中的缓冲器,引入一个PMOS管构成类Cascode结构,以消除二级效应对线性度的影响。同时,增加了一条低阈值NMOS管构成的电流通路来减小整个电路的寄生电容,进而提高缓冲器的线性度。仿真结果表明,该采样保持电路在1 GHz采样频率以内均可达到9位以上的有效位数。当采样频率为500 MHz时,该电路的SFDR为79.76 dB,ENOB为12.02 bit,THD为-85.33 dB,功耗约为26.8 mW。     

一种高线性度超宽带采样/保持电路

设计了一种桥式并-串联级联结构的高线性度、超宽带采样/保持电路。该采样/保持电路包括输入缓冲器、辅助开关和SEF开关三个单元。采用桥式并-串联级联结构改进的辅助开关模块单元,大幅提高了电路的线性度和带宽。该采样保持电路基于0.13 μm SiGe双极型工艺进行设计,-4.75 V和2 V双电源电压供电。仿真结果表明,在100 fF采样电容、6.25 GHz采样频率、10.28 GHz输入频率的条件下,SFDR为69.60 dB,THD为-65.25 dB,-3 dB带宽达 35.43 GHz。     

一种具有高线性度MOS采样开关的采样保持电路

通过采样保持电路中运放的复用,提出了一种具有高线性度MOS采样开关的模数转换器前端采样保持电路结构。这种结构可以显著降低采样开关导通电阻变化引入的非线性,从而在不增加开关面积和功耗的情况下,实现了高性能的采样保持电路。基于0.13?m的标准CMOS工艺,对提出的采样保持电路进行了仿真。在采样时钟频率为100MHz,输入信号频率1MHz时,仿真结果显示,无杂散动态范围(SFDR)达到了116.6dB,总谐波失真(THD)达到了112.7dB,信号谐波噪声比（SNDR）达到103.7dB,可以满足14比特流水线ADC对采样保持电路的要求。     

一种宽调节范围高线性度压控振荡电路的设计

介绍了一种基于0.8μm CMOS工艺的宽调节范围高线性度压控锯齿波振荡电路,同时利用Candence仿真工具对电路进行了仿真模拟.结果表明,产生的锯齿波压控调节范围为1.1~1.9MHz,中间频段线型度很高,且频率稳定、精度较高,可广泛应用在稳压器以及各种相位频率锁定系统中.     

一个高线性度的CMOS DVB-S前端芯片

提出了基于CMOS工艺的直接频率变换的DVB-S射频前端电路设计.设计采用了T型匹配网络的可变衰减器、具有单端到双端变换功能的低噪声放大器以及低噪声混频器.通过使用衰减器,系统处理线性度的能力得到很大的提高.设计和流片基于SMIC 0.18μm CMOS工艺.测试结果表明,该设计能够达到超过30dB的动态范围,噪声系数小于3dB,消耗电流为10mA.在低增益情况下,具有+20dBm的输入三阶交调能力.     

用于X波段相控阵系统的高线性度低附加相移数字衰减器设计

设计了一款应用于X波段相控阵系统的6位数字衰减器,该衰减器具有高线性度和低附加相移的特点。对常规开关Pi型衰减器的附加相移和线性度进行了分析,通过电感和电容补偿技术,实现了在宽带频率范围和不同衰减状态下都具有低的附加相移。此外,利用浮动衬底技术来实现较高的线性度。该衰减器基于0.13μm的BiCMOS工艺设计。仿真结果显示该衰减器的插入损耗为6.67dB,10GHz下在最小衰减和最大衰减处的1dB压缩点输入功率分别为15.5dBm和10dBm。     

一个高线性度的CMOS DVB-S前端芯片

提出了基于CMOS工艺的直接频率变换的DVB-S射频前端电路设计.设计采用了T型匹配网络的可变衰减器、具有单端到双端变换功能的低噪声放大器以及低噪声混频器.通过使用衰减器,系统处理线性度的能力得到很大的提高.设计和流片基于SMIC 0.18μm CMOS工艺.测试结果表明,该设计能够达到超过30dB的动态范围,噪声系数小于3dB,消耗电流为10mA.在低增益情况下,具有 20dBm的输入三阶交调能力.     

一种可调高线性度跨导器

本文提出了一种新的跨导器结构,它采用CMOS复合对管实现,可以通过调节栅极电压改变跨导器的跨导值,适合应用于高线性的连续时间滤波器.仿真结果表明,在供电电压为5伏,输入差分信号峰峰值为2.3伏的情况下,可以达到小于0.5%的总谐波失真.     

Dual InGaAs Photodiodes Having High Phase Linearity for Precise Timing Applications

We report highly linear InGaAs p-i-n dual photodiodes having a power-to-phase conversion factor of < 3.2 rad/W up to 1.5-V peak radio-frequency amplitude. These matched photodiodes, each having a 3-dB bandwidth of 22 GHz, demonstrate nearly identical performance leading to a differential power-to-phase conversion factor of < 1.5 rad/W.