【摘 要】
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随着信息量的增长对数据传输接口的速率要求在不断增高,采用SERDES技术的高速串行接口电路的应用场景愈加广泛。在SERDES结构的接口电路中,接收端中的时钟数据恢复电路的设计在整个系统中起到决定性作用,直接决定着整个高速接口的能量利用率,而压控振荡器作为CDR电路中的关键模块,研究如何提高其综合性能指标具有重要意义。本论文的设计目标是基于TSMC40nm CMOS工艺设计出应用于速率为10Gb/s
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随着信息量的增长对数据传输接口的速率要求在不断增高,采用SERDES技术的高速串行接口电路的应用场景愈加广泛。在SERDES结构的接口电路中,接收端中的时钟数据恢复电路的设计在整个系统中起到决定性作用,直接决定着整个高速接口的能量利用率,而压控振荡器作为CDR电路中的关键模块,研究如何提高其综合性能指标具有重要意义。本论文的设计目标是基于TSMC40nm CMOS工艺设计出应用于速率为10Gb/s的半速率CDR电路中的正交压控振荡器。为了提高振荡器的Fo M值,本论文设计的振荡器工作在C类以提高电路的电流利用率。整体电路采用改进的动态偏置反馈回路结构以克服C类压控振荡器的起振与摆幅之间的矛盾。通过在反馈回路中添加RC低通电路与传输门并联的电路,在振荡器起振初期传输门打开,RC低通电路被短路,使反馈通路的输出电压快速建立。随着振荡器输出信号的摆幅的增加,反馈回路的输出电压随之减小,当该输出电压低于比较器负相端预设的电压时,传输门自动关断,反馈回路的带宽随之降低,减小了反馈回路的噪声与输出波动对振荡器电路性能产生的影响。振荡器的正交结构采用电容源极耦合退化结构,该结构可以为振荡器提供额外的负阻以帮助C类振荡器起振,同时该结构会为耦合通路带来一定的相移以减小正交结构对振荡器FoM值的恶化。后仿真结果表明,在1.1V的电源电压下,本论文设计的振荡器所占面积为0.29mm2,功耗为3.83mW,差分摆幅约为890mV,频率覆盖范围为4.62GHz～5.35GHz,在1MHz频偏下振荡器的相位噪声可以达到-120.4dBc/Hz,电路的FoM值为188.4dBc/Hz,且能够输出稳定的正交信号。
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