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高速低噪声锁相时钟恢复电路研究

王涛  
【摘要】:本文研究了锁相环实现的高速CMOS时钟恢复电路的低噪声设 计问题。 首先,介绍了时钟恢复电路的基本概念。讨论了常见基带通信编 码,以及编码的相关问题。接着讨论了常见时钟恢复电路并分析了 各自的优缺点,介绍了现有的一些工作。在这些结构中,本文选取 了采用锁相环实现数据时钟恢复。 其次,研究了环型振荡器的相位噪声特性。讨论了电源/地噪 声以及衬底耦合噪声的影响,以及基本抑制方法。对比了几种结构 的电源抑制性能。在Razavi工作的基础上,深入分析了环振中存在 三种噪声发生机制。重点讨论了闪烁噪声和环路成型的热噪声。根 据提出的闪烁噪声频率域搬移机制,给出了闪烁噪声的优化方法, 并通过仿真得到了验证。根据提出的环路成型热噪声发生机制,提 出了一种改进的相位噪声模型,考虑了环振非线性对相位噪声的影 响;根据新模型,讨论了环振级数n和对管尺寸S的影响。对热噪 声模型进行了流片验证,测试结果与理论分析能够很好的吻合;此 外,新模型能够解释一些新型环振的相位噪声特性;根据新模型, 讨论了低噪声振荡器设计的一般原则。最后,介绍了流片测试结 果。 接着,讨论了常用的电荷泵锁相环的基本原理。在s域讨 论2阶/3阶CP-PLL的线性建立特性,验证了文献[13] 中的相位裕度 优化结果。讨论了几种常见的离散时间建模方法,并进行了初步 的比较;重点分析了冲激响应不变变换的存在错误的原因,并对其 进行了修正。分别在s域和z域分析了环路的噪声传递特性,在z域讨 论了时钟噪声和VCO噪声引起的环路输出长期抖动。根据分析的结 果,讨论了环路低噪声设计的基本原则。 最后,讨论了时钟恢复验证电路的一些设计问题。测试结果显 示,设计的电路可以成功的恢复出数据率1Gbps的串行数据。


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