多通道高速时钟数据恢复电路设计

多通道高速时钟数据恢复电路设计
随着通信技术的高速发展,超级计算机、智能终端和多媒体网络等海量数据的快速传输,用户对数据的传输提出了更高的要求。

由于串行通信高速率的优点,使其逐渐成为接口的主流技术。

IEEE 802.3ae协议定义了一种高速的、灵活的信号传输模式。

采用多通道的XAUI(10 Ggigbit Attachment Unit Interface)接口,对信号进行8/10 bit 编码,完成10 Gbps数据通信。

CDR(Clock and Data Recovery)是串行通信技术领域最关键的电路,也是高速接口速率提升的瓶颈,工作在协议的物理层部分,完成时钟的生成和数据的重定时,对整个通信系统的性能起到了决定性作用。

本文基于标准SMIC 0.13μm CMOS工艺,采用自顶向下的设计方法,不断对CDR环路和单元电路进行优化,完成四通道、总有效数据率为10 Gbps的高速C DR电路设计。

本课题的主要内容是:1)对PI(Phase Interpolator)电路进行详细的理论分析。

把PI的权重因子分为线性的和非线性的分别讨论,找到一种非线性的权重因子可以使PI输出信号的相位有很好的线性度。

同时,讨论了PI输入信号的上升时间、输入信号的相位差和输出节点的时间常数三者相互作用对PI线性度的影响。

2)本次CDR电路根据XAUI接口标准选择四个通道,每个通道共享PLL电路提供的参考时钟。

采用模拟正交相位插值结构的CDR电路,既提高了PI最小相位跳跃精度,又适用于高速电路。

电路设计时,先对环路进行适当的改进,加入了差分转单端电路,减小了恢复时钟的峰峰值抖动。

然后,根据单元电路设计需求,鉴相器选择半速率的Alexander鉴相器,电荷
泵选择全差分结构,并把PI电路的电阻负载改进为对称负载。

CDR电路版图的面积为532μm*426μm。

单通道输入伪随机序列码的长度为223-1,数据的波特率为3.125 Gbps。

仿真结果表明:在SS工艺角下锁定时间为6.2μs,恢复的时钟信号峰峰值抖动为28.8μs,功耗最大在FF的工艺角下为17.2 mW,满足设计要求。