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本文的研究主题是利用标准CMOS数字工艺,在混合信号系统级芯片(SoC)环境中,研究用于高速信号传输的时钟生成和恢复技术。随着半导体工艺的不断进步,单个芯片上集成的晶体管数目不断增加,实现的功能越来越复杂,对带宽的需求也在不断增长。不断提高的信号传输速率意味着可以利用的时序裕量越来越小,这对时钟生成和恢复电路都提出了更高的要求。
现代半导体工艺进步都是由数字电路应用需求驱动的,对于高性能模拟电路的设计并无助益;相反不断下降的电源电压和越来越严重的工艺波动给设计低功耗的高性能模拟电路带来了巨大挑战。在本文中详细的分析了随着工艺进步,工艺电源温度波动(PVT Variation)对设计高性能时钟电路的影响。
论文中设计了一个对工艺温度电源变化不敏感的锁相环,该锁相环采用自适应技术和校准技术在很大程度上减弱了PVT变化对电路的影响。该电路用65nm工艺流片并且测试,测试结果验证了设计的正确性和有效性。同时在该论文中还详细分析了注入锁定振荡器的特性,尤其是自由振荡频率与注入信号频率偏差对输出信号相对注入信号相位的影响,并且在此基础上提出了一种利用数字控制环形注入锁定振荡器的时钟恢复电路,该技术相对传统的锁相环加相位插值技术在功耗和面积上都有优势,并且能提供很宽的抖动追踪带宽。我们提出了一种校准技术可以对时钟恢复电路的抖动追踪带宽进行编程和校准,以提高电路在PVT变化情况下的工作性能。该电路可以用于高性能处理器的高速源同步结构接口。