宽范围连续速率时钟数据恢复电路的设计
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作者:
作者单位:

(1. 南京邮电大学 电子科学与工程学院, 南京 210003; ;2. 东南大学 毫米波国家重点实验室, 南京 210096)

作者简介:

马庆培(1988—),男,河南商丘人,硕士研究生,主要研究方向为时钟数据恢复电路的设计。 张长春(1981—),男,河南南阳人,博士,副教授,主要研究方向为超高速、射频及数模混合集成电路设计。宽范围连续速率时钟数据恢复电路的设计 马庆培1, 张长春1, 陈德媛1, 郭宇锋1, 刘蕾蕾1,2 (1. 南京邮电大学 电子科学与工程学院, 南京 210003; 2. 东南大学 毫米波国家重点实验室, 南京 210096)摘要: 采用0.18 μm CMOS工艺,设计了一种连续速率时钟与数据恢复(CDR)电路。该CDR电路主要由全速率鉴频鉴相器、多频带环形压控振荡器、电荷泵等模块组成。其中,全速率鉴频鉴相器不但具有很好的鉴频鉴相功能,而且结构简单,减小了功耗和面积。多频带环形压控振荡器不但调谐范围很宽,而且引入到环路中的调谐增益较低,解决了高振荡频率和低增益之间的矛盾问题。采用自举基准和运放的电荷泵减小了各种非理想因素的影响。仿真结果表明,该CDR电路版图尺寸为265 μm×786 μm,功能正常,且能恢复622~3 125 Mb/s之间的伪随机数据;在1.8 V电源电压下,输入伪随机速率为3 125 Mb/s时,功耗为100.8 mW,恢复出的数据和时钟的抖动峰峰值分别为5.38 ps和4.81 ps。 关键词: 连续速率时钟与数据恢复; 鉴频鉴相器; 压控振荡器; 电荷泵; 锁存器 中图分类号:TN453文献标识码:A

通讯作者:

中图分类号:

TN453

基金项目:

国家自然科学基金资助项目(61076073);中国博士后科学基金资助项目(2012M521126);江苏省自然科学基金资助项目(BK2012435);东南大学毫米波国家重点实验室开放基金资助项目(K201223);南京邮电大学科研启动金资助项目(NY211016);南京邮电大学科学技术创新培训计划资助项目(SJD2012006)


Design of a Wide-Range Continuous-Rate Clock and Data Recovery Circuit
Author:
Affiliation:

(1. School of Electronic Science and Engineering,Nanjing University of Posts and Telecommunication, Nanjing 210003, P. R. China;;2. National Key Laboratory of Millimeter Waves,Southeast University,Nanjing 210096,P. R. China)

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    摘要:

    采用0.18 μm CMOS工艺,设计了一种连续速率时钟与数据恢复(CDR)电路。该CDR电路主要由全速率鉴频鉴相器、多频带环形压控振荡器、电荷泵等模块组成。其中,全速率鉴频鉴相器不但具有很好的鉴频鉴相功能,而且结构简单,减小了功耗和面积。多频带环形压控振荡器不但调谐范围很宽,而且引入到环路中的调谐增益较低,解决了高振荡频率和低增益之间的矛盾问题。采用自举基准和运放的电荷泵减小了各种非理想因素的影响。仿真结果表明,该CDR电路版图尺寸为265 μm×786 μm,功能正常,且能恢复622~3 125 Mb/s之间的伪随机数据;在1.8 V电源电压下,输入伪随机速率为3 125 Mb/s时,功耗为100.8 mW,恢复出的数据和时钟的抖动峰峰值分别为5.38 ps和4.81 ps。

    Abstract:

    A continuous-rate clock and data recovery circuit was designed in 0.18 μm CMOS process. The CDR circuit included mainly a full-rate bang-bang phase frequency detector, multi-band ring voltage-controlled oscillator (VCO), charge pump and other modules. The full-rate phase detector PFD not only had good functions, but also had simple structure, low power consumption and area. Multi-band ring voltage-controlled oscillator not only had a wide tuning range, but also had a low tuning loop gain, which had settled the conflict between high oscillating frequency and low tuning gain. By using the charge pump through bootstrap reference and op amp, various non-ideal factors were reduced. Simulation results showed that the circuit was working properly, the CDR circuit could recover the NRZ data from 622 to 3 125 Mb/s. The core size was 265 μm × 786 μm. At 1.8 V supply voltage and 3 125 Mb/s input pseudo-random rate, the power consumption was 100.8 mW, the recovered data and clock jitter peak was 5.38 ps and 4.81 ps respectively.

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  • 收稿日期:2013-07-28
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  • 在线发布日期: 2014-11-28
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