时钟数据恢复电路中相位插值器的分析和设计
时钟数据恢复电路中的线性相位插值器
ZHANG Yao , ZHA NG Hong , LI Liang , DU Xin , CHENG Jun
(1. School of Electronic and Information Engineering,Xi’an Jiaotong University,Xi’an 710049,China; 2. Key Laboratory of Analog Integrated Circuit,No.24 Research Institute China Electronic Technology
第 5O卷 第 2期 2016年 2月
西 安 交 通 大 学 学 报
JOuRNAL OF XI’AN JIAOTONG UNIVERSITY
DOI: 10.7652/xjtuxb201602009
V01.50 NO.2 Feb. 2016
时钟 数 据恢 复 电路 中的线 性 相 位 插值 器
张 瑶 ,张鸿 ,李梁 。,杜 鑫 ,程军
(1.西 安 交 通 大 学 电子 与 信 息 工 程 学 院 ,710049,西 安 ; 2.中 国 电子 科 技 集 团公 司第 二 十 四研 究 所 模 拟 集 成 电 路 重 点 实 验 室 ,400060,重 庆 )
摘 要 :针 对 时钟 数 据 恢 复 电路 (CDR)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 线性相 位插值 器 。根 据插 值 器输 出时钟相 位与尾 电流权重 的反 函数 关 系,在传 统相 位插值 器 的基础 上调 整尾 电流 阵列 中每 个 电流源 的设计 比例 ,并将控 制 管用作共栅 管 来提 高 电流 源的 匹 配度 和 稳 定性 ,从 而 实现 了输 出时钟 相 位 与控 制信 号 的线性 关 系,提 高 了 CDR 的调 节精度 并 降低 了恢 复 时钟 的抖 动 。采 用 0.25 m CMOS工 艺设 计 了一 款基 于线 性相 位插 值 器 的 CDR。仿 真 结果表 明 :传 统结 构插 值 器的 最 大相位 误 差为 63.68 ,而所提 出的 线性相位 插值 器 的最大相位 误 差仅 为 9.44 ,可有 效地 降低 CDR输 出时钟 的抖 动 。 关 键 词 : 时 钟 恢 复 ;相 位 插 值 ;线 性 度 ;抖 动 中图分 类 号 :TN432 文 献标 志码 :A 文章 编号 :0253—987X(2016)02-0048—07
集成电路设计中的时钟和数据恢复技术
集成电路设计中的时钟和数据恢复技术时钟和数据恢复技术在集成电路设计中起着重要的作用。
时钟信号是控制电路各个部件协同工作的关键,而数据恢复技术则保证了在复杂电路系统中数据传输的可靠性和稳定性。
本文将详细介绍时钟和数据恢复技术在集成电路设计中的原理、应用和挑战。
一、时钟的作用和原理时钟信号在集成电路中充当一个定时器,控制电路各个部件按照特定时序进行操作。
时钟信号的频率和相位准确性对整个电路的性能和功耗都有着重要影响。
时钟信号的频率决定了电路处理能力的上限,而时钟信号的相位决定了电路操作的时序。
高频率时钟可以加快电路的运行速度,但也会增加功耗和散热。
相反,低频率时钟可以降低功耗,但会限制电路的最高工作频率。
因此,时钟的频率选择在平衡功耗和性能上是一个关键的设计考虑因素。
时钟信号通常由时钟发生器产生,发生器可以采用振荡器、频率锁定环或多级分频器等技术来保证时钟信号的质量。
在时钟设计中,需要考虑时钟稳定性、噪声、抖动和时钟切割等问题,以确保时钟信号的准确性和可靠性。
二、时钟与数据恢复技术的应用时钟和数据恢复技术在各个领域的集成电路设计中都有广泛的应用,例如通信、计算机、嵌入式系统等。
在通信领域,时钟和数据恢复技术常用于高速串行接口的设计中,例如以太网、USB、PCI Express等。
这些接口在传输数据时需要复杂的时钟沿和时序控制,时钟和数据恢复技术能够确保数据的传输稳定性和可靠性。
在计算机领域,时钟和数据恢复技术被广泛运用于处理器和内存控制器等核心器件的设计中。
时钟信号的频率和时钟相位对于处理器的性能至关重要,而数据恢复技术则用于解决高速存储器访问时的数据读取和写入问题。
在嵌入式系统中,时钟和数据恢复技术用于控制外设和内核之间的数据传输。
例如,时钟和数据恢复技术可以确保音频输出的时序和质量,同时也可以确保传感器数据的准确性和实时性。
三、时钟和数据恢复技术的挑战时钟和数据恢复技术在集成电路设计中面临着一些挑战。
一种新型的高速时钟数据恢复电路的设计和验证
一种新型的高速时钟数据恢复电路的设计和验证摘要:1.背景和动机2.电路设计原理3.具体设计方案4.验证和测试5.结果和分析6.结论和展望正文:一、背景和动机随着现代通信技术的快速发展,高速数据传输已经成为通信系统中的关键技术。
在高速数据传输过程中,时钟数据恢复电路(CDR)作为核心模块,对于确保数据传输的准确性和稳定性具有至关重要的作用。
本文针对一种新型的高速时钟数据恢复电路进行设计和验证,以满足不断提高的通信速率需求。
二、电路设计原理本文提出的高速时钟数据恢复电路主要基于数字信号处理技术,通过捕获和恢复发送端时钟信号的相位信息,实现接收端时钟与发送端时钟的同步。
电路设计的关键部分包括:高速锁相环电路、复用CDR环路、滤波器和相位插值控制电路。
三、具体设计方案1.高速锁相环电路:采用1.25GHz的参考时钟,通过16相频锁相环技术,提供数据恢复所需的等相位间隔参考时钟。
2.复用CDR环路:采用电流逻辑模式前端电路,构成复用CDR环路,以实现对高速数据信号的恢复。
3.滤波器和相位插值控制电路:设计滤除亚稳态时钟的采样超前、滞后鉴相器,以及选择时钟与相位插值的控制时钟电路。
四、验证和测试通过对所设计的高速时钟数据恢复电路进行数模混合仿真检测,验证电路在实际应用环境中的性能。
测试结果表明,该电路具有较高的恢复准确性和稳定性。
五、结果和分析本文提出的高速时钟数据恢复电路在仿真测试中表现出良好的性能,为实现高速数据传输提供了有效的同步解决方案。
相比传统电路设计,该方案具有更高的恢复速度和更低的功耗,有助于提高通信系统的整体性能。
六、结论和展望本文针对一种新型的高速时钟数据恢复电路进行了详细的设计和验证。
通过采用数字信号处理技术,实现了高精度、高速度的时钟信号恢复。
集成电路设计中的时钟及数据恢复技术
集成电路设计中的时钟及数据恢复技术时钟及数据恢复技术在集成电路设计中起着至关重要的作用。
时钟信号是整个系统的引擎,它同步着各个模块的工作,确保数据的准确传输和处理。
数据恢复技术则是为了解决信号传输中的噪声和失真问题,保证数据的完整性和可靠性。
本文将探讨时钟及数据恢复技术在集成电路设计中的应用和挑战。
一、时钟信号的重要性时钟信号是集成电路中的基准信号,它提供了一个统一的时间参考,使得各个模块能够协调工作。
在高速通信和数据处理领域,时钟信号的稳定性和准确性尤为重要。
一个好的时钟设计可以提高系统的性能和可靠性,同时减少功耗和噪声。
在时钟设计中,有几个关键的参数需要考虑。
首先是时钟频率,它决定了系统的处理速度。
高频时钟可以提高系统的响应速度,但也会带来更多的功耗和噪声。
其次是时钟的相位和抖动。
相位是时钟信号的起始时间,抖动是时钟信号的波动情况。
相位和抖动的不稳定会导致数据传输和处理的错误。
因此,在时钟设计中需要采取一系列措施来控制这些参数,例如使用锁相环(PLL)和时钟缓冲器。
二、数据恢复技术的应用数据恢复技术是为了解决信号传输中的噪声和失真问题,确保数据的准确传输和处理。
在高速通信和存储系统中,数据恢复技术尤为重要。
它可以有效地提高系统的抗噪声能力和数据传输速度。
常见的数据恢复技术包括时钟恢复、时钟数据恢复和信号再生。
时钟恢复是为了从复杂的数据信号中提取出时钟信号。
时钟数据恢复则是将时钟信号和数据信号分离开来,以便进行后续的处理。
信号再生则是为了恢复信号的形状和幅度,使其符合接收器的要求。
在数据恢复技术中,有几个关键的问题需要解决。
首先是时钟恢复的准确性和稳定性。
由于传输中的噪声和失真,时钟信号可能会被扭曲和改变。
因此,需要采用一些算法和技术来提取出准确的时钟信号。
其次是数据信号的恢复和再生。
由于传输中的噪声和失真,数据信号可能会被扭曲和丢失。
因此,需要采用一些算法和技术来恢复和再生数据信号。
三、时钟及数据恢复技术的挑战时钟及数据恢复技术在集成电路设计中面临着一些挑战。
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。
时钟数据恢复(CDR)
时钟数据恢复(CDR)时钟数据恢复(CDR)是一种重要的数字信号处理技术,用于恢复由于传输过程中引起的时钟偏移或者颤动而导致的数据失真。
本文将介绍时钟数据恢复的原理、应用、算法、性能和发展趋势。
一、时钟数据恢复的原理1.1 时钟数据恢复的基本概念时钟数据恢复是指通过对接收到的数字信号进行时钟提取和重构,以确保数据在接收端正确解调和处理的过程。
1.2 时钟信号的重要性时钟信号是数字通信系统中的关键信号,它决定了数据信号的采样时刻和速率,直接影响系统的性能和稳定性。
1.3 时钟数据恢复的原理时钟数据恢复通过采用PLL(锁相环)或者其他算法对接收到的信号进行时钟提取和重构,使得接收端的时钟与发送端的时钟保持同步。
二、时钟数据恢复的应用2.1 数字通信系统中的应用时钟数据恢复广泛应用于数字通信系统中,如光纤通信、无线通信、卫星通信等领域。
2.2 数据存储系统中的应用时钟数据恢复也被应用于数据存储系统中,如硬盘驱动器、固态硬盘等设备,以确保数据的读取和写入的准确性和稳定性。
2.3 其他领域的应用时钟数据恢复还被广泛应用于音频处理、视频处理、雷达系统等领域,以提高系统的性能和可靠性。
三、时钟数据恢复的算法3.1 PLL算法PLL算法是时钟数据恢复中常用的算法之一,通过不断调整本地时钟的频率和相位,使其与接收到的信号保持同步。
3.2 时域插值算法时域插值算法通过对信号进行插值处理,补偿传输过程中的时钟偏移和颤动,以恢复原始数据信号。
3.3 频域分析算法频域分析算法通过对信号进行频谱分析,提取信号的频率信息,从而实现时钟数据恢复。
四、时钟数据恢复的性能4.1 误码率时钟数据恢复的性能可以通过误码率来评估,误码率越低,说明时钟数据恢复的效果越好。
4.2 颤动抑制能力时钟数据恢复的性能还可以通过颤动抑制能力来评估,颤动抑制能力越强,说明时钟数据恢复对传输过程中的颤动影响越小。
4.3 鲁棒性时钟数据恢复的性能还可以通过其对噪声和干扰的反抗能力来评估,鲁棒性越强,说明时钟数据恢复对环境变化的适应能力越强。
一种用于千兆以太网的时钟数据恢复电路设计与实现
文献引用格式:2020,44(11):50 - 54.ZHU J,WANG X,ZHANG G X,et al.Design and Implementation of Clock Data Recovery Circuit for Gigabit Ethernet[J].中图分类号:一种用于千兆以太网的时钟数据恢复电路设计与实现无锡214035)摘要:并将其应用于千兆以太网的SerDes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,表明,关键词Abstract:for SerDes transceiver of Gigabit Ethernet. The circuit is mainly composed of a high-speed sampling circuit, a phase detection circuit, a phase selection control circuit, a phase interpolation control circuit, a phase selector, and a phase interpolator. Compared with the traditional clock data recovery circuit based on the phase-locked loop structure, the data peak-to-peak jitter and circuit design complexity are reduced. The simulation results show that the clock and data recovered after the clock data recovery circuit is locked are the peak-to-peak jitter of the clock and data They areprotocol.Keywords:CDR已成功运用到某千兆以太网物理层芯片中,用标准0.13 μm1 CDR系统结构CDR系统结构由频率锁定环路和相位跟踪环路两个环路构成。
时钟数据恢复原理
时钟数据恢复原理
时钟数据恢复是一种数据恢复技术,用于恢复因时钟信号中断而丢失的数据。
在数据传输过程中,时钟信号是控制数据传输速率和同步的关键。
然而,如果时钟信号中断或不稳定,数据传输就会变得不可靠,从而导致数据丢失。
为了恢复时钟信号中断导致的数据丢失,一种常用的方法是通过插值技术来重建丢失的数据。
插值是从已知数据点中推断和填补缺失点的过程。
首先,我们需要确定时钟信号中断的时间点。
通常,我们可以通过检测数据传输速率的突然变化或数据错误来确定这些时间点。
然后,我们需要找到丢失数据之前和之后的已知数据点。
接下来,我们可以使用线性插值或其他插值算法来估计丢失数据点。
线性插值是一种简单的插值技术,它假设数据点之间的变化是线性的,并根据已知数据点的位置和值来计算丢失数据点的值。
其他插值算法,如样条插值和拉格朗日插值,可以提供更精确的估计。
一旦我们估计出丢失数据点的值,我们就可以将其填充到原始数据中,从而恢复数据的完整性。
然后,我们可以继续使用恢复后的数据进行后续分析和处理。
需要注意的是,时钟数据恢复仅能修复由时钟信号中断导致的数据丢失问题。
对于其他类型的数据丢失,例如硬盘损坏或文件删除,需要使用其他数据恢复技术进行修复。
此外,时钟数
据恢复并不能保证恢复的数据完全准确,因为插值算法本身可能存在一定的误差。
总的来说,时钟数据恢复是一种通过插值技术来恢复因时钟信号中断导致的数据丢失的过程。
它可以帮助我们恢复丢失的数据,并继续进行后续的数据处理和分析。
电脑芯片制造中的时钟与数据恢复技术分析
电脑芯片制造中的时钟与数据恢复技术分析在如今信息技术高速发展的时代,电脑芯片的制造越发重要。
无论是消费电子产品还是大型计算机系统,芯片的稳定性和可靠性都直接影响着设备的性能和用户体验。
其中,时钟与数据恢复技术作为电脑芯片制造中具有关键意义的部分,其功能和应用不容小觑。
本文将对电脑芯片制造中的时钟与数据恢复技术进行深入分析。
一、时钟技术的作用和原理时钟技术在电脑芯片制造中起着重要的作用。
时钟信号的稳定性直接影响着芯片内部各个电路的同步运作。
时钟信号可以看作是芯片内部各个电路的节拍器,通过提供精确的时间基准来控制芯片内部电路的工作状态。
时钟技术的原理主要包括两个方面:时钟源的产生和时钟分配。
时钟源的产生需要采用高精度的晶体振荡器,以产生稳定且准确的时钟信号。
而时钟分配则需经过专门的时钟配送网络,将时钟信号分发给芯片内部的各个功能模块。
二、时钟技术在数据传输中的作用在现代电脑芯片中,数据传输是一个核心问题。
而时钟技术在数据传输中起到了关键的作用。
数据传输需要在发送端和接收端之间精确地进行时钟同步,以确保数据的正确接收。
时钟技术通过提供一个统一的时间基准,使得发送端和接收端可以根据时钟信号在相同的时间点进行数据采集和传输。
具体来说,时钟技术可以帮助解决以下问题:时钟偏移、时钟抖动和时钟漂移。
时钟偏移是指发送端与接收端的时钟频率存在微小差异,而时钟抖动是时钟信号存在固定和随机的幅度波动。
而时钟漂移则是指时钟信号的频率在传输过程中逐渐发生变化。
针对这些问题,电脑芯片制造中的时钟与数据恢复技术应运而生。
三、数据恢复技术的原理和应用数据恢复技术是指在数据传输中通过特定的电路和算法,将接收到的模糊信号恢复为较为清晰和准确的数据。
在电脑芯片制造中,数据恢复技术常常与时钟技术相结合,实现对时钟抖动和时钟漂移等问题的克服。
数据恢复技术的原理主要包括两个方面:定时误差检测和决策电路。
定时误差检测是通过比较接收信号与本地时钟信号的差异,计算出信号的整体延迟,从而进行时钟相位调整。
时钟数据恢复电路中的线性相位插值器
时钟数据恢复电路中的线性相位插值器张瑶;张鸿;李梁;杜鑫;程军【摘要】针对时钟数据恢复电路(CDR)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线性相位插值器.根据插值器输出时钟相位与尾电流权重的反函数关系,在传统相位插值器的基础上调整尾电流阵列中每个电流源的设计比例,并将控制管用作共栅管来提高电流源的匹配度和稳定性,从而实现了输出时钟相位与控制信号的线性关系,提高了CDR的调节精度并降低了恢复时钟的抖动.采用0.25 μm CMOS工艺设计了一款基于线性相位插值器的CDR.仿真结果表明:传统结构插值器的最大相位误差为63.68%,而所提出的线性相位插值器的最大相位误差仅为9.44%,可有效地降低CDR输出时钟的抖动.【期刊名称】《西安交通大学学报》【年(卷),期】2016(050)002【总页数】7页(P48-54)【关键词】时钟恢复;相位插值;线性度;抖动【作者】张瑶;张鸿;李梁;杜鑫;程军【作者单位】西安交通大学电子与信息工程学院,710049,西安;西安交通大学电子与信息工程学院,710049,西安;中国电子科技集团公司第二十四研究所模拟集成电路重点实验室,400060,重庆;西安交通大学电子与信息工程学院,710049,西安;西安交通大学电子与信息工程学院,710049,西安【正文语种】中文【中图分类】TN432近年来,随着数字系统数据传输速率的不断提高,对误码率提出了更高的要求。
在串行接口的接收端,恢复时钟的抖动决定了恢复数据的误码率。
在各种结构的时钟数据恢复电路(CDR)[1]中,基于相位插值器的CDR采用数字电路实现对环路的控制和调节,节省了芯片的面积和功耗,应用十分广泛。
相位插值型CDR中,恢复时钟的相位调节主要由相位插值器来完成。
插值器的线性度越高,CDR的调节精度越高,抖动越均匀,相位锁定时输出时钟的抖动越小,恢复数据的误码率越低。
传统插值器的尾电流源由多个等值电流源阵列组成,权重控制信号控制每个电流源的流通路径,从而调整2个输入信号差动对的尾电流的大小,使得输出信号的相位在2个输入信号相位之间插值。
基于锁相环的时钟相位插值电路设计与实现
基于锁相环的时钟相位插值电路设计与实现
段营;戎蒙恬;孙劲飞;诸悦
【期刊名称】《电讯技术》
【年(卷),期】2007(47)3
【摘要】千兆以太网收发器模拟前端的时钟恢复电路要求锁相环(PLL)能够提供"128相"等相位差的时钟信号.为了满足此要求,设计了一种相位插值电路,它在不增加四级VCO级数的基础上,对其输出时钟的相邻相位进行16插值.仿真结果表明,该插值电路使PLL的输出时钟相位从8相增加至128相,证明了电路的有效性.【总页数】3页(P45-47)
【作者】段营;戎蒙恬;孙劲飞;诸悦
【作者单位】上海交通大学,电子工程系,上海,200240;上海交通大学,电子工程系,上海,200240;上海交通大学,电子工程系,上海,200240;上海交通大学,电子工程系,上海,200240
【正文语种】中文
【中图分类】TN702
【相关文献】
1.时钟数据恢复电路中的线性相位插值器 [J], 张瑶;张鸿;李梁;杜鑫;程军
2.基于锁相环多相位时钟实现小数分频的方法 [J], 涂波; 王兴宏
3.一种1GHz~6GHz宽频高线性度相位插值电路的设计与实现 [J], 刘颖; 田泽; 吕俊盛; 邵刚; 胡曙凡; 李嘉
4.200MHz甚高频低相位噪声时钟信号发生电路的设计与实现 [J], 刘文锋;徐林;
葛赐雨;廖霜;谭峰
5.时钟数据恢复电路中相位插值器的分析和设计(英文) [J], 孙烨辉;江立新
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相位插值器的作用
相位插值器的作用相位插值器(Phase interpolator)是一种用来对输入信号进行插值的电路或算法。
它主要用于图像处理、数字通信、信号调制、时钟恢复等领域。
相位插值器的作用是通过对输入信号的相位进行插值,生成一个输出信号,使得输出信号与输入信号的相位差精确控制在一些指定的范围内。
在数字通信中,相位插值器常用于时钟恢复。
时钟恢复是接收端通过利用已知的输入信号的时钟信号进行采样,使得接收端的时钟信号能够与发送端的时钟信号同步。
当接收端的时钟信号与发送端时钟信号频率不完全一致、存在漂移时,需要通过相位插值器来对接收信号的相位进行调整,从而实现时钟恢复。
在图像处理中,相位插值器常用于图像的放大或缩小。
当对图像进行放大时,需要通过对原始图像的像素进行插值,生成更多的像素点,从而增加图像的分辨率。
相位插值器可以根据原始图像中的像素点的相位信息,生成新的像素点的相位信息,然后再通过插值算法来计算新的像素点的灰度值。
同样地,当对图像进行缩小时,也可以利用相位插值器来计算新的像素点的相位信息,从而保持图像的质量。
在信号调制中,相位插值器常用于生成调制信号。
调制信号是一种将输入信号的信息转移到载波上的信号,常用于无线通信系统中。
相位插值器可以通过对输入信号的相位进行插值,生成调制信号的相位信息,从而实现调制。
常见的相位插值器的实现方式有模拟电路和数字电路两种。
模拟电路一般利用锁相环(PLL)或延迟锁定环(DLL)等电路来实现相位插值。
数字电路则通过使用数学算法,如插值滤波器等来实现相位插值。
相位插值器的性能主要取决于插值算法的准确性和计算速度。
常见的插值算法包括线性插值、多项式插值、样条插值等。
线性插值是相对简单和快速的算法,但对于一些应用场景来说,精确度可能不够。
多项式插值和样条插值相对复杂,但准确性更高。
除了插值算法之外,还有一些提高相位插值器性能的技术,如自适应插值、多通道插值等。
总之,相位插值器在图像处理、数字通信等领域中起到了至关重要的作用。