相比于數(shù)據(jù)的并行傳輸方式,串行傳輸因其具有較高的傳輸速率、較低的復(fù)雜性和成本等優(yōu)勢(shì)逐漸成為數(shù)據(jù)傳輸方式的主流,基于串行通信技術(shù)的Serdes系統(tǒng)已經(jīng)成為當(dāng)今社會(huì)海量信息高速傳輸?shù)挠布A(chǔ)。Serdes系統(tǒng)將并行的TTL數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)化成串行信號(hào)發(fā)送到接收機(jī),經(jīng)時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)電路從串行信號(hào)中恢復(fù)出時(shí)鐘信號(hào)完成對(duì)接收數(shù)據(jù)的再定時(shí)。其中壓控振蕩器和二分頻器是時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)電路中工作頻率最高的兩個(gè)電路模塊,其性能的優(yōu)劣是整個(gè)Serdes系統(tǒng)穩(wěn)定工作的關(guān)鍵。本文旨在設(shè)計(jì)一款應(yīng)用于Serdes系統(tǒng)接收機(jī)中、中心頻率為25GHz的寬帶電感電容壓控振蕩器以及對(duì)振蕩器輸出時(shí)鐘進(jìn)行二分頻的高速分頻器,較高的工作頻率是限制振蕩器和分頻器性能的主要因素,也是本設(shè)計(jì)面臨的最大挑戰(zhàn)。本文從振蕩器工作原理、無(wú)源器件(電感、可變電容管)電學(xué)特性以及振蕩器相位噪聲模型等基礎(chǔ)概念出發(fā),采用由NMOS、PMOS管組成的互補(bǔ)交叉耦合對(duì)管作為電流偏置型振蕩器的負(fù)阻網(wǎng)絡(luò);使用5位數(shù)控開(kāi)關(guān)電容陣列保證振蕩器足夠的頻率調(diào)諧范圍以及較小的調(diào)諧靈敏度K_(VCO),該開(kāi)關(guān)電容電路可有效減小MOS管寄生電容對(duì)振蕩器的影響;為確保振蕩器在溫度等非理想因素的影響下仍能正常起振,振蕩器的電流源采用4位數(shù)控電流陣列,使得偏置電流在0~2mA之間可調(diào);振蕩器的緩沖級(jí)采用差分放大器結(jié)構(gòu),在輸出差分時(shí)鐘信號(hào)的同時(shí)具有一定的增益。同時(shí)本文采用基于電流模式邏輯結(jié)構(gòu)的分頻器實(shí)現(xiàn)對(duì)該振蕩器輸出25GHz時(shí)鐘信號(hào)的二分頻。本次設(shè)計(jì)使用TSMC 40nm CMOS工藝,完成了振蕩器和分頻器的電路設(shè)計(jì)、版圖設(shè)計(jì)以及后仿真。后仿結(jié)果表明:在1.2V電源電壓供電下,振蕩器消耗約9mW的功率,輸出峰峰值約800mV的振蕩信號(hào),該振蕩器可覆蓋的調(diào)諧頻率范圍為24.5GHz-29.8GHz,全頻率范圍內(nèi)的相位噪聲均低于-90dBc/Hz@1MHz,最大K_(VCO)約960MHz/V,振蕩器的后仿真結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求。二分頻器的后仿結(jié)果表明:在1.2V電源電壓供電下,分頻器的自激振蕩頻率約為13.25GHz,分頻器需要的最小輸入半邊擺幅為80mV,同時(shí)可輸出四相位時(shí)鐘。
【學(xué)位單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN752;TN772
【部分圖文】：

Serdes系統(tǒng)架構(gòu)圖

基于鎖相環(huán)架構(gòu)的CDR環(huán)路

不同種類VCO的技術(shù)壽命期
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2836616