一种应用于TDC的低抖动延迟锁相环电路设计

本文采用双延迟线和防错锁控制结构,结合对电荷泵等关键模块版图对称性的匹配控制,设计了一种针对（Time-to-Digital Converter,TDC）应用的宽动态锁定范围、低静态相位误差延迟锁相环（Delay-Locked Loop,DLL）电路.基于TSMC 0.35μm CMOS工艺,完成了电路的仿真和流片验证.测试结果表明,DLL频率锁定范围为40MHz-200MHz;静态相位误差161ps@125MHz;在无噪声输入的理想时钟驱动下,200MHz频率点下的峰-峰值抖动最大为85.3ps,均方根抖动最大为9.44ps,可满足亚纳秒级时间分辨的TDC应用需求.     

一种低功耗倍频延迟锁相环设计

多相时钟是集成电路的关键模块之一,在模拟数字转换器(Analog-to-Digital Converter,ADC),或是时间数字转换器(Time-to-Digital Converter,TDC)等电路中有大量的应用.多相时钟通常由延迟锁相环(Delay-Locked Loop,DLL)与锁相环(Phase-Locked Loop,PLL)产生.然而传统DLL无法倍频,PLL会有抖动累积等问题.此外,DLL与PLL的功耗通常较大.针对这些问题,本文提出了一种低功耗防错锁倍频延迟锁相环(Multiplying Delay-Locked Loop,MDLL).该设计采用一种低功耗的电荷泵结构,以及能切换为压控振荡器的压控延迟线,使电路功能在DLL与PLL之间切换,在倍频的同时能够周期地消除抖动累积.同时加入了防错锁电路,以避免MDLL锁定在错误的频率.基于HHGrace 0.11μm COMS工艺进行了流片验证,芯片面积约为0.03 mm 2.测试结果表明,此电路能够将输入参考时钟倍频32倍输出,输出时钟频率范围为54.4 MHz-92.8 MHz,电路功耗为216μW–312μW.在输出时钟频率为80 MHz的情况下,均方根抖动为116.3ps(0.93%).     

一种电流失配自适应补偿宽带锁相环设计

针对宽带自偏置锁相环(PLL)中存在严重的电荷泵电流失配问题,提出了一种电流失配自适应补偿自偏置锁相环。锁相环通过放大并提取参考时钟与反馈时钟的锁定相位误差脉冲,利用误差脉冲作为误差判决电路的控制时钟,通过逐次逼近方法自适应控制补偿电流的大小,逐渐减小鉴相误差,从而减小了锁相环输出时钟信号抖动。锁相环基于40 nm CMOS工艺进行设计,后仿真结果表明,当输出时钟频率为5 GHz时,电荷泵输出噪声从-115.7 dBc/Hz@1 MHz降低至-117.7 dBc/Hz@1 MHz,均方根抖动从4.6 ps降低至1.6 ps,峰峰值抖动从10.3 ps降低至4.7 ps。锁相环输出时钟频率为2～5 GHz时,补偿电路具有良好的补偿效果。     

高速宽带锁相环的相位噪声影响研究

介绍了一种高速宽带锁相环的架构设计和基本原理。设计了双压控振荡器结构,使得锁相环输出时钟信号的频率范围达到6.0~12.5 GHz。基于锁相环的线性模型,从理论上分析了各单元电路的相位噪声对总体输出相位噪声的影响。基于65 nm CMOS工艺,根据各单元电路相位噪声的典型数据,对锁相环的输出相位噪声和等效时钟抖动等参数进行了仿真。结果表明,电荷泵、输入参考时钟、分频器、压控振荡器对整体输出噪声的贡献分别为35.8%、30.3%、18.3%、14.6%,环路滤波器对相位噪声贡献很小。锁相环的整体仿真结果显示,在各种工艺角下,锁相环的输出时钟信号频率均可达到12.5 GHz,高频输出相位噪声带来的时钟抖动均小于1 ps。     

GHz波段跳频锁相环关键技术研究

介绍了一种除低通滤波器片外单片集成锁相环(Phase-Locked Loop,PLL)频率综合器设计.整个设计对压控振荡器、双模预分频器(Dual-Modulus Prescaler,DMP)与电荷泵(Charge Pump,CP)等锁相环关键模块分别作了优化与改进,提高了各项设计性能.压控振荡器(Voltage Controlled Oscillator,VCO)输出最高频率为1.25GHz时相位噪声为-118.43dBc/Hz@1MHz,VCO调谐范围为250MHz.双模预分频器实现了高精度低抖动低功耗设计,双模预分频器分频输出118.3MHz时,峰峰抖动小于20ps而功耗仅3.2mA.     

一种自适应低相位噪声相参时钟源的设计

通过锁相环电路(PLL),不仅将外部系统提供的具有高频率准确度但相位噪声较差的主时钟信号转化为高频率准确度、低相位噪声的内部时钟信号,同时也满足了内外部系统的相参要求。通过仿真和测试,重点分析了锁相环电路中环路滤波器的环路带宽对输出信号相位噪声的影响。测试结果显示,当环路带宽为100 Hz时,锁相环的输出信号在偏离载波1 kHz处的相位噪声与其内部振荡器在此处的相位噪声基本一致;而当环路带宽为500 Hz时,输出信号在偏离载波1 kHz处的相位噪声会由于环路影响,相比内部振荡器产生8 dB左右的恶化。设计所得时钟源在输出100 MHz信号时,其相位噪声优于-147 dBc/Hz@1 kHz,相比外部参考时钟信号改善了12 dB,并且其频率准确度可达1×10-9。     

一种用于脉冲式超宽带接收机的低抖动，低杂散多相输出锁相环

本文提出了一种用于脉冲式超宽带接收机的低抖动,低杂散多相输出锁相环。为了同时满足低抖动、低功耗和输出多相时钟这些需求,该锁相环基于一个环形振荡器结构。为了提高多相时钟的时间精度和相位噪声性能,设计了一个改善了噪声和匹配特性的压控振荡器。在设计中,通过良好的匹配电荷泵和仔细选择环路滤波器带宽来抑制参考频率杂散。测试结果表明,当载波频率为264 MHz时,1 MHz失调频率下的相位噪声为-118.42 dBc/Hz,均方根抖动为1.53 ps,参考频率杂散为-66.81 dBc。该芯片采用0.13 µm CMOS工艺制造,1.2 V电源电压下功耗为4.23 mW,占用0.14 mm2的面积。     

单光子探测盖革雪崩焦平面用低抖动多相位时钟电路设计

针对单光子探测盖革雪崩焦平面读出电路应用,基于全局共享延迟锁相环和2维H型时钟树网络,该文设计一款低抖动多相位时钟电路.延迟锁相环采用8相位压控延迟链、双边沿触发型鉴相器和启动-复位模块,引入差分电荷泵结构,减小充放电流失配,降低时钟抖动.采用H时钟树结构,减小大规模电路芯片传输路径不对称引起的相位差异,确保多路分相时钟等延迟到达像素单元.采用0.18 mm CMOS工艺流片,测试结果表明,延迟锁相环锁定频率范围150～400 MHz.锁定范围内,相位噪声低于–127 dBc/Hz@1 MHz,时钟RMS抖动低于2.5 ps,静态相位误差低于65 ps.     

一种应用于SOC时钟的锁相环设计

设计实现了一种应用于SOC的锁相环(PLL)时钟电路。提出了一种环形压控振荡器(VCO)压控增益的线性化补偿技术,通过AMOS和PMOS并联的方式构成可变电容,该锁相环采用了三级环形压控振荡器,测试结果显示VCO压控增益(KVCO)在183~284 MHz/V之间,与采用单独AMOS作为负载的环形振荡器相比,KVCO变化量下降了82%,降低了VCO的非线性。同时该锁相环通过降低鉴频鉴相器比较频率,增加环路分频比,提高振荡器的输出频率和降低电荷泵电流等方式,以降低锁相环环路滤波电容的面积。本PLL采用SMIC 55nm CMOS工艺实现,整体面积约为0.048mm~2,电源电压为1.2V,功耗1.2mW。芯片相位噪声测试结果显示,在输出100MHz时,均方根(rms)抖动为293ps(1kHz~10 MHz积分),相位噪声为-95dBc/Hz@1MHz。     

一种用于TDC的低功耗多相时钟生成电路北大核心

在无人机3D地形测绘中，作为核心模块的时间数字转换器(TDC)需要具有远距离测量能力和高测量分辨率。基于对测距系统的长续航、公里级测距能力和厘米级测量精度的综合考量，文章设计了一种用于TDC的低功耗多相位时钟生成电路。采用了伪差分环形压控振荡器，通过优化交叉耦合结构，在保证低功耗的前提下，提升了信号边缘的斜率，增强了时钟的抖动性能和对电源噪声的抑制能力。在电荷泵设计中，通过对环路带宽的考量选取了极低的偏置电流，在进一步降低功耗的同时缩小了环路滤波器的面积。基于SMIC 180 nm CMOS工艺完成了对多相时钟生成电路的设计。仿真结果表明，在400 MHz的输出频率下，环路带宽稳定在1 MHz。该电路在不同工艺角下均能达到较快的锁定速度，相位噪声为-88 dBc@1 MHz,功耗为1 mW,均方根抖动为27 ps,满足厘米级测距的精度需求。     

用于高能物理实验电子读出芯片的低噪声锁相环芯片设计

基于TSMC 180 nm工艺设计并流片测试了一款用于高能物理实验的电子读出系统的低噪声、低功耗锁相环芯片。该芯片主要由鉴频鉴相器、电荷泵、环路滤波器、压控振荡器和分频器等子模块组成,在锁相环电荷泵模块中,使用共源共栅电流镜结构精准镜像电流以减小电流失配和用运放钳位电压进一步减小相位噪声。测试结果表明,该锁相环芯片在1.8 V电源电压、输入50 MHz参考时钟条件下,可稳定输出200 MHz的差分时钟信号,时钟均方根抖动为2.26 ps(0.45 mUI),相位噪声在1 MHz频偏处为-105.83 dBc/Hz。芯片整体功耗实测为23.4 mW,锁相环核心功耗为2.02 mW。     

A low jitter, low spur multiphase phase-locked loop for an IR-UWB receiver

A low jitter,low spur multiphase phase-locked loop(PLL) for an impulse radio ultra-wideband(IR-UWB) receiver is presented.The PLL is based on a ring oscillator in order to simultaneously meet the jitter requirement, low power consumption and multiphase clock output.In this design,a noise and matching improved voltage-controlled oscillator(VCO) is devised to enhance the timing accuracy and phase noise performance of multiphase clocks.By good matching achieved in the charge pump and careful choice of the l...     

高性能数字时钟数据恢复电路

设计了一个数字时钟数据恢复电路,采用相位选择锁相环进行相位调整,在不影响系统噪声性能的前提下大大降低了芯片面积。该电路应用于100 MHz以太网收发系统中,采用中芯国际0.18μm标准CMOS工艺实现,核心电路相位选择锁相环的芯片面积小于0.12 mm2,电流消耗低于4 mA。仿真与测试结果表明,恢复时钟抖动的峰峰值小于350 ps,相位偏差小于400 ps,以太网接收误码率小于10-12,电路可以满足接收系统的要求。     

低抖动的480 MHz CMOS电荷泵式锁相环

本文设计了一款用于USB2.0时钟发生作用的低抖动、低功耗电荷泵式锁相环电路。其电路结构包含鉴频/鉴相器、电荷泵、环路滤波器、压控振荡器和分频器。电路设计是基于CSM0.18μmCMOS工艺,经HSPICE仿真表明,锁相环输出480MHz时钟的峰峰值抖动仅为5.01ps,功耗仅为8.3mW。     

CPT铷原子钟锁相环频率合成器设计和分析

基于CPT(相干布局囚禁)87铷原子钟设计出输出频率为3417 MHz的锁相环频率合成器,通过ADIsimPLL仿真出最佳环路带宽,环路滤波器参数以及相位噪声等,并通过STM32对锁相环芯片进行控制。对频率合成器进行了测试,电路尺寸为40 mm×40 mm,输出信号功率范围为-4 dBm^+5 dBm可调,输出信号噪声满足要求-88.65 dBc/Hz@1 kHz,-92.31 dBc/Hz@10 kHz,-104.63 dBc/Hz@100 kHz,杂散和谐波得到抑制,设计的频率合成器能很好的应用于原子钟的射频信号源。     

一种高速并串转换控制电路设计

串行接口常用于高速数据传输,实现多路低速并行数据合成一路高速串行数据.设计了一种高速并串转换控制电路,实现在低频时钟控制下,通过内部锁相环(PLL)实现时钟倍频和数据选通信号,最终形成高速串行数据流,实现每5路全并行数据可按照顺序打包并转换为1路高速串行编码,最后通过一个低电压差分信号(LVDS)接口电路输出.该芯片通过0.18 μmCMOS工艺流片并测试验证,测试结果表明在120 MHz外部时钟频率下,该并串转换控制芯片能够实现输出速度600 Mbit/s的高速串行数据,输出抖动特性约为80 ps,整体功耗约为23 mW.     

A low jitter 0.3-165 MHz CMOS PLL frequency synthesizer for 3 V/5 Voperation

This paper describes a phase-locked loop (PLL) based frequency synthesizer. The voltage-controlled oscillator (VCO) utilizing a ring of single-ended current-steering amplifiers (CSA) provides low noise, wide operating frequencies, and operation over a wide range of power supply voltage. A programmable charge pump circuit automatically configures the loop gain and optimizes it over the whole frequency range. The measured PLL frequency ranges are 0.3-165 MHz and 0.3-100 MHz at 5 V and 3 V supplies, respectively (the VCO frequency is twice PLL output). The peak-to-peak jitter is 81 ps (13 ps rms) at 100 MHz. The chip is fabricated with a standard 0.8-μm n-well CMOS process     

10 GHz full-rate clock and data recovery circuit in 0.18 /spl mu/m CMOS without external reference clock

The design of a fully monolithic integrated 10 GHz full-rate clock and data recovery (CDR) circuit in 0.18 /spl mu/m digital CMOS technology, which employs an injection phase-locked loop (PLL) technique is presented. The CDR operating without the external reference exhibits a capture range of 200 MHz while consuming 205 mA current from 1.8 V supply including the output buffer. The recovered clock signal with 250 mV/sub pp/ pseudorandom bit Sequence input data of length 2/sup 31/-1 exhibits 7.9 ps of peak-to-peak (p-p) and 1.1 ps of root-mean-square (RMS) jitter. The measured clock phase noise at 1 MHz offset is approximately -109 dBc/Hz.     

一个简单鉴频鉴相器结构实现的快速锁定低抖动锁相环

用简单的鉴频鉴相器结构实现了一个快锁定低抖动的锁相环.鉴频鉴相器仅仅由两个异或门组成,它可以同时获得低抖动和快锁定的性能.锁相环中的电压控制振荡器由四级环形振荡器来实现,每级单元电路工作在相同的频率,并提供45°的相移.芯片用0.18μm CMOS工艺来实现.PLL输出的中心频率为5GHz,在偏离中心频率500kHz处,测量的相位噪声为-102.6dBc/Hz.锁相环的捕获范围为280MHz,RMS抖动为2.06ps.电源电压为1.8V时,功耗仅为21.6mW(不包括输出缓冲).