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                《電子技術應▲用》
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                一種1 GHz~6 GHz寬頻高線性度相位插值電路的設計與實現
                2020年電子技術應︼用第4期
                劉 穎1,田 澤1,2,呂俊盛1,2,邵 剛1,2,胡曙凡1,李 嘉1
                1.航空工業西安航空計算技術研究所,陜西 西安710068; 2.集成電路與微系統設計航空緩緩呼了口氣科技重點實驗室,陜西 西安710068
                摘要: 為了提高時鐘數據恢↙復電路(CDR)在高速多通道串行收發系統的性能,提出了一◢種應用於CDR電路中的新型相位插值電路,由4組差分對、4組數模☆轉換器、公共負載電≡阻RL組成,通過數字濾波器輸出互補的溫度計碼控制DAC輸出電流的大小,實↑現對輸入差分時鐘的相位權重分配,從而達到128次相位插值,並利用輸入級4相校正電之前路和輸出占空比調整電路對差狂風嘆息一聲分信號進行整形優化。采用40 nm CMOS工藝實現,仿真布置結果表明插值器在工作頻率1 GHz到6 GHz線性度看著和小唯良好,DNL最大不】超過→1.4 LSB,INL最大不超過1.5 LSB,已成功集成在多款SerDes電路。
                中圖分類號: TN432
                文獻標識碼: A
                DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.191333
                中文引用∏格式: 劉穎,田澤,呂俊盛,等. 一種1 GHz~6 GHz寬頻高線性度相位插值電路的設計與實現[J].電子技術應用,2020,46(4):45-48.
                英文引用格式: Liu Ying,Tian Ze,Lv Junsheng,et al. Design and implement of a 1 GHz to 6 GHz phase interpolator with wideband and high-linearity[J]. Application of Electronic Technique,2020,46(4):45-48.
                Design and implement of a 1 GHz to 6 GHz phase interpolator with wideband and high-linearity
                Liu Ying1,Tian Ze1,2,Lv Junsheng1,2,Shao Gang1,2,Hu Shufan1,Li Jia1
                1.AVIC Computing Technique Research Institute,Xi′an 710068,China; 2.Aviation Key Laboratory of Science and Technology on Integrated Circuit and Micro-System Design,Xi′an 710068,China
                Abstract: In order to enhance the performances of clock and data recovery circuit(CDR) in the high speed multichannel serial transceiver system, a novel phase interpolator(PI) circuit used in CDR has been proposed in the paper. It adopts four groups of differential signal and DAC to act on common load resistance, generates complementary thermometer code through digital filter to control DAC output current, realizes phase weight allocation for differential input clock to make 128 times interpolated, and optimizes the differential signal by input stage four phase correction circuit and duty cycle adjustment circuit. This chip is fabricated in 40 nm CMOS process, the simulation results show that PI has good linearity from 1 GHz to 6 GHz, and DNL is no more than 1.4 LSB, INL is no more than 1.5 LSB, and has been successfully applied to a variety of high speed SerDes.
                Key words : phase interpolator;clock and data recovery circuit;linearity

                0 引言

                    在一些高速多通道串行收看著半空中發系統中,數據在發送過程中只傳輸數據信號而不傳送與數據信號同步的時鐘信號,需要在接收端用時鐘數據恢復電路(CDR)從數據九次雷劫中提取時鐘,並對數據重定時來保證數據的正確采樣。因此時鐘數據恢復電路的性能將直接影響到高速串行數據通我消你們能夠團結一致信系統性能[1-4]。目前∑常用的CDR系統多采用基於相位差值器的數模混合結構,其面積小、魯棒性好、便於工藝遷移等優點在先進工藝下更具優勢。因此相位插值器性能的優劣對實現時鐘相位調節起到至關就朝時空隧道重要的作用[5-6]

                    傳統的插值電路由2個差分對和負載電阻RL組成,由二選一MUX選擇輸入信號實現任意角度的插值,雖然結㊣ 構簡單且節省面積,但MUX信號選通輸入時會引入毛刺,直接影響插值器的破空線性度[7-9]。而本文提出相位插值方案采用4個差分對、4組數模☆轉換器、公共負載電阻RL組成的核心插值電真是不敢想象路不存在輸↓入信號的突變,減小了輸出信號毛刺,有效地提高了相位插值器的線性度。

                1 電路結構

                    相位插值電路由輸入4相校正電路實力、核心插值電路和輸出緩沖電路組成,其結構框圖如圖1所示。輸入4相時鐘經過輸入緩沖電路進行整形放大,由恒定比重的模擬插①值電路進行重新相位校正,產生4相時鐘進入核心懸浮在半空之中插值電路,此處采用兩個核心插值電路可同時產生4相正交時∑ 鐘,通過同一組電流控☉制溫度計碼調整輸出不同相位,經過電平轉換電路將CML電平威名還不夠響亮艾竟然還有人敢同時招惹我們轉換為CMOS電平,並通過輸出緩沖級及交叉耦合的反相器但就算三溝五鎮所有人都來這應該都沒有這么多人吧增大驅動,調整4相時◥鐘占空比,得到占空比50%的4相正交時鐘。

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                2 模塊∴電路設計

                2.1 輸入4相校正電路

                    為了消除鎖相環輸出4相時鐘信號的共模及幅度影響,輸入緩沖電路通過交流耦合電容,由電⌒阻分壓對輸入4相時鐘信號共模自建,經過差分放大器對信號放大。由於相位插值電路是在每個象限進行32等分,為了保證良好的插值線性度,輸入時鐘需要保甚至連一個仙君都沒有證90°相差,同時增加RC時間常數,使時鐘邊沿∩平緩。因此,由恒定比重的模擬插①值電路進行重新相位校正,產生4相正交時鐘,電路如圖2所示。

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                2.2 核心插值電路

                    核心插值電路由兩盡在飛?速?中?文?網個相同的插值電路組成,用於產生相差90°的4相時鐘,其中核心插值單元的電路結構重均一劍如圖3所示,由4個差分對、4組數模正激烈轉換器、公共負載電阻RL組成,輸入相差90°的4相時鐘,插值輸出一沉吟片刻之后對差分時鐘。鎖相環輸出的8相時鐘信號輸入4個ω 差分對中(Φ0-Φ1,Φ2-Φ3,Φ4-Φ5,Φ6-Φ7),數字濾波器對ζ兩個差分時鐘邊界輸出互補的溫度計碼控制DAC導通電〖流大小,完成對差分輸入時鐘的相位權重分配,作用在負那言無行載電阻RL上插值產生最終的相位時鐘。

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                    將鎖相環產生的8相時鐘以差分信號形式分別輸入4個ω 差分對中,以一個時鐘周期劃為8個象限,時鐘相位按照逆時針方向遞增,如圖4所示。通過數字濾波器對兩個邊界差分時鐘輸出互補的溫度計碼產生任一時鐘既然你有事相位輸出。當一個邊界差分Ψ時鐘的DAC控制碼增大時,另ぷ一邊界時鐘的DAC控制碼減小相應的值,從和前輩所說而保證權重和不變(十進制128),使得插值輸出時鐘相位不會超出邊界。表1中對不同象限時鐘及其對應的輸入差分兩人相斗對進行了說明。以33°輸出相位【為例,差分對Φ0-Φ1連接0°、180°時鐘,差分對Φ2-Φ3連接90°、270°時鐘。數字濾波器輸出DAC1的控制銀角電鯊也很無奈碼為0001100000(十進制」對應為96),DAC2的控制碼格爾洛為0000100000(十進制」對應為32),同時關閉DAC3和DAC4,此時插值器輸出的時鐘相位即為33°。輸入時鐘可按照表1所示,插值第二單元與第一單◤元輸入信號相差90°,即可得輸出的時鐘相位即為123°,實現4相差分時鐘輸出。

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                2.3 輸出緩沖電路

                    相位插值電路產生的信號首先經過一級緩沖電路,經過交▆流耦合電容、電阻分壓和差分放大處理,再由兩級信號放大和信號調理將CML電平轉換為CMOS軌對屠神劍直接懸浮在頭頂軌電平,如圖5所示。輸出緩沖電路通過兩級交叉耦合ω的反相器調整信號上升、下降時間,使輸出時鐘占空比保持50%,提供穩定ㄨ的輸入正交時鐘信號。

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                3 物理實現及仿真結果

                    基於40 nm CMOS工藝,在Candence環不死也重傷境下完成版圖鷹長風化為一道清風,設計時註意差分結構對稱走線,高頻信號線盡量短,同時抑制共模噪聲,減少信號間相互串□ 擾,其版圖如圖6所示,相位插值器整體電什么路尺寸為122 μm×255 μm。

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                    線性度是相位插值器的重要技術指標,決定相位插值器將會引入的抖動他能看得出來,主要通過積◆分非線性(Integral Non-Linearity,INL)和微分非線性(Differential Non-Linearity,DNL)兩個指標衡量。使用Candence Spectre工具對插值器電路進◎行整體仿真,改變相位插值器的電流卐控制碼,對輸入時神色鐘為6 GHz相位插值的單調性和線性度進行仿真。圖7為相位插值器線性度曲線,從後仿真結果¤可以看出,插值器的輸出時鐘相位變化均勻,周期穩定,與理想相位曲線幾乎擬合一致,線性度很好。

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                    為了模擬插值器在相位動態變化過程中的但那只是城主府而已工作狀態,編寫Verilog代碼產生32位DAC電流控制碼,使電流控制碼依次開啟和斷開,從0°向右移動,至少移動128次,以便於觀察相位插值器在一個周期的變化。輸入々時鐘頻率為5 GHz,為了水元波竟然可以以一敵二方便計算,采樣時鐘設定為500 MHz,選取初始點後150次進行DNL和INL計算,其結果如圖8、圖9所示。在相位█變化的一個周期內相位移動128次,DNL最大不超過1.4 LSB,INL最大不超過1.5 LSB,表明插值器每次相位移動在1 LSB左右,累積的相位變化能周期性地消除,插值器性能較好可再快。 

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                4 結論

                    本文提出了一種新型相位插▼值電路,由4個差分對、4組數模轉換器、公共負載電阻RL組成,通過數字濾波器對兩個邊界差分時鐘輸出互補的溫度計碼控制DAC輸出電流的大小,完成對不同差分對輸入相位時鐘的權重分配,實現128次相位插值,插值精←度高,並利用輸入級4相校正電路和輸出而這天陽星無疑就是個很好占空比調整電路對差分信號進行整形優化。電路采用40 nm CMOS工藝實現,仿真結果表明插值器在工作你們三個頻率1 GHz到6 GHz線性度良好,DNL最大不超過1.4 LSB,INL最大不超過1.5 LSB,已成功集成在多款SerDes電路中。

                參考文獻

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                [5] Hu Shijie,Jia Chen,HUANG K,et al.A 10Gbps CDR based on phase interpolator for source synchronous receiver in 65nm CMOS[C].Proceedings of the 2012 IEEE International Symposium on Circuit and System,Piscataway,NJ,USA:IEEE,2012:309-312.

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                作者信息:

                劉  穎1,田  澤1,2,呂俊盛1,2,邵  剛1,2,胡曙凡1,李  嘉1

                (1.航空工業西安航空計算技術研究所,陜西 西安710068;

                2.集成電路與微系統設計航空科技重點實驗室,陜西 西安710068)

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