在高速率的数据传输中,数据接收端的时钟数据恢复(CDR)电路是整个数据传输系统中的一个核心模块,它的作用是将接收到的没有时钟信号的数据正确恢复出来。然而数据在传输过程中,受到非理想传输介质的影响,接收端接收到的往往是发生畸变的数据,而且随着数据传输速率的提高,其受到外部传输介质的影响就越强烈,数据的畸变也就越严重,此时就需要设计出具有高性能和高可靠性的CDR电路。本文的研究重点分为CDR电路的设计和验证两个方面。在设计方面,对时钟数据恢复电路的现有状况进行了调研,包括时钟数据恢复技术的基本原理,几种常见的时钟数据恢复电路结构,以及它们的优缺点,并且考虑到数字电路对工艺的依赖度和敏感性低的特性,最终确定了本设计采用基于过采样的数字CDR。设计过程中,在一般过采样时钟数据恢复电路的基础上加入整形滤波单元,用来去除输入数据的抖动毛刺对时钟数据恢复电路的影响,最终整个设计包括恢复数据的CDR模块与数据位转换的SP模块,其中CDR模块又由采样同步单元,整形滤波单元,边沿检测单元和数据恢复单元构成。为了提高整个系统的工作频率,整个设计采用流水线结构。为了得到最佳的性能,对其中的采样同步模块设计了buffer同步和寄存器直接同步两种方案,对其中的数据恢复模块也设计了改进型中间采样恢复和鉴相编码恢复两种方案。基于SMIC 40 nm工艺库,通过对比不同设计方案综合的时序,功耗和面积结果,确定了本设计采用寄存器直接同步的采样同步模块和采用改进型中间采样恢复的数据恢复模块,最终综合后电路的系统频率可以达到2GHz。在验证方面,本文采用基于通用验证方法学(UVM)的验证平台。首先分析了UVM验证平台的常用架构以及主要组件,同时对UVM的常用验证机制进行了研究。然后以当前设计的电路为验证对象,重点完成了整个验证平台的搭建。根据制定的验证计划,完成了:验证内容的分析,验证功能点的提取,验证平台搭建,测试用例编写和覆盖率检查。通过分析当前设计的CDR电路特性,设计了相应的测试用例,模拟出数据率与DUT系统时钟频率相差1%,抖动毛刺长度占信号10%,分别经过8b/10b编码和曼彻斯特编码的输入数据的仿真环境。最终所有测试用例都通过仿真,功能覆盖率和代码覆盖率分别达到100%和99.71%。验证结果表明当前设计的CDR电路可以正确恢复出含有边沿毛刺的输入数据,没有错误产生,功能上达到了设计要求。