一种3.125gbs串行信号时钟数据恢复电路研究与设计-research and design of a 3.125 gbs serial signal clock data recovery circuit.docxVIP

摘要RapidIO是一种高性能的互连体系结构和技术标准。它的应用场合十分广泛。时钟数据恢复（CDR:ClockandDataRecovery）电路是RapidIO系统的关键电路，它的性能很大程度上决定了串行通信的性能，因此，对时钟数据恢复（CDR）电路的研究与设计是十分必要的。本文简要介绍了RapidIO串行通信的标准和协议，并对PLL结构的CDR设计的难点和指标进行了分析。在对分析常用的CDR电路结构后，提出一种全速率、带外参考环的结构。在CDR设计过程中，需要对锁相环的基本原理、线性模型及设计流程进行系统的理解。在相关的理论分析的基础上，以高速串行信号传输应用为背景，针对SMIC0.18μmCMOS工艺，以提高CDR系统的性能为目标，具体的工作主要体现以下几点：1.压控振荡器（VCO）是设计CDR的关键电路。论文提出和设计了环形和电感电容两种不同结构VCO，并在此基础上采用了环形结构VCO作为CDR电路的振荡模块。这种环形结构的VCO具有较低的相位噪声、较宽的调谐范围。2.采用双环结构电路形式，设计了一种面向RapidIO应用的3.125Gb/sCDR。CDR电路包括高速数据鉴相器，电荷泵，压控振荡器，鉴频鉴相器，分频器，锁定检测器，带隙基准源等电路。3.基于SMIC0.18μmCMOS工艺，利用对称匹配方法，完成了CDR电路各个模块的版图及后仿真。最后，采用cadence的Spectre仿真工具对CDR单个模块进行仿真，单个模块仿真完成后，提取整体电路的网表，并编写出相应的Hspice激励文件进行系统仿真。系统后仿真结果如下：在电源电压为1.8V，输入为3.125Gbps速率的非归零码（NRZ），恢复数据的抖动峰值为12ps，整体功耗为78mW，核心版图面积为800μm*1000μm。系统后仿真表明，本次设计的CDR性能良好，并成功恢复出数据率为Gbps的串行NRZ数据。关键词：时钟数据恢复电路；锁相环；压控振荡器；相位抖动IAbstractRapidIOisahigh-performanceinterconnectionarchitectureandtechnicalstandard.ApplicationsofRapidIOareveryextensive.Clockdatarecovery(CDR)circuitisthekeycircuitforRapidIOsystem,anditsperformancelargelydeterminestheporpertyofserialcommunication.Therefore,theresearchanddesignofclockdatarecoverycircuitareverynecessary.ThispaperbrieflyintroducesthestandardandprotocolsofRapidIOserialcommunication.DifficultiesandmeasuresareanalyzedintheCDRdesign.TheCDRwiththefullrateandchip-outreferenceclockisputforward.InthedesigningprocessofCDRcircuit,thebasicprincipleofphase-lockedloop,linearmodelandthedesigningprocessareneededtobeanalysed.Therefore,thisarticlewillgivesomepersonalsuggestionsforimprovingperformance.Voltage-controlledoscillator(VCO)isthekeytodesigntheCDRcircuit.Thesisputsforwardanddesignestwodifferentkindsofstructures,includering-VCOandLC-VCO.Afterthat,ring-VCOisadoptedastheoscillationofCDRcircuit.ThiskindofringstructureofVCOhasalowphasenoiseandwidetuningrange.Usingdoubleloopcircuitstructure,a3.125GbpsCDRhasbeendesignedinRapdIOapplications,whichincludeshigh-speeddataphasedetector,chargepump,voltage-controlledoscillator,frequencyphasedetector,frequencydi