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[学位]

高速低抖动SerDes接口芯片关键电路研究与设计

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Author:

张瑶 (张瑶.)

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Abstract:

近年来,随着数字系统数据传输速率的不断提高,传统的并行接口已经被基于串行/解串(SerDes)技术的串行接口广泛取代。SerDes接口采用高速差分信号传输数据,并通过编码技术将时钟信息隐藏在数据中,从而可以省去时钟引脚和相应的传输线。随着串行传输速率越来越高,单位码元的长度越来越短,对系统的抖动性能要求越来越高。锁相环和时钟数据恢复电路是SerDes接口芯片中至关重要的两个模块:锁相环为接口芯片提供高频时钟,而时钟和数据恢复电路(CDR,Clock and Data Recovery)在接收端从串行数据中恢复出时钟信息,从而实现最佳采样。因此,研究高速低抖动的锁相环和时钟数据恢复电路具有重要的学术意义和应用价值。
本文对串行速率为1.6Gbps~2.5Gbps的8B/10B SerDes中的锁相环和时钟数据恢复电路进行了深入研究和设计。为了在宽频范围内都能输出高质量低抖动的时钟信号,锁相环采用自偏置结构,使阻尼因子和环路带宽与参考频率之比由两个电容之比决定,因而不随工作频率的变化而变化。本文建立了电荷泵锁相环的相位域模型,确定了环路参数。根据环路参数,对锁相环中的鉴频鉴相器、电荷泵、偏置产生电路和压控振荡器等模块进行了电路级的设计和仿真验证。论文还设计了PLL的版图。CDR方面,本文在对各种结构CDR的优缺点进行对比的基础上选择了采用数字环路控制的相位插值型CDR。通过对系统工作原理和锁定过程的分析,对各模块电路包括高速采样电路、鉴相器、表决器、双向移位寄存器、相位选择电路、相位插值器和整形电路进行了设计和仿真。针对时钟数据恢复电路中相位插值器的非线性使得时钟抖动增大的问题,提出了一种基于非等值电流源阵列的相位插值器的线性化方法,降低了CDR的输出时钟抖动。
本文在2.5V的电源电压,SMIC 0.25?m标准CMOS工艺下对自偏置锁相环和相位插值型CDR进行了整体仿真。自偏置锁相环在800MHz~1.25GHz的频率范围内都能输出高质量低抖动的时钟信号,锁相环的输出相噪声为-100dBc/Hz@1MHz,1.25GHz的工作频率下锁定时间为14.3μs,功耗为80mW。相位插值型CDR的仿真结果表明,通过权重控制信号对环路的调节,恢复时钟能够跟踪串行信号的相位并在码元的中间位置进行最佳采样。采用本文的线性化方法后,CDR输出时钟的抖动从36.72ps降低到29.46ps。整个CDR电路的功耗为106mW。

Keyword:

8B/10B编码 SerDes 抖动 时钟数据恢复 锁相环

Author Community:

  • [ 1 ] 西安交通大学电子与信息工程学院

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Basic Info :

Degree: 工学硕士

Mentor: 张鸿

Year: 2016

Language: Chinese

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30 Days PV: 6

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