數(shù)據(jù)時(shí)鐘恢復(fù)電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種數(shù)據(jù)時(shí)鐘恢復(fù)電路。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著人們的需求和各種便攜設(shè)備數(shù)量的不斷增加，通信鏈路上的數(shù)據(jù)傳輸量成指數(shù)倍增長，這對有線通信系統(tǒng)尤其是數(shù)據(jù)中心的速度、可靠性要求急劇升高。因此，作為數(shù)據(jù)中心設(shè)備和設(shè)施的核心，光纖通信和高速串行通信技術(shù)需要在速度、功耗和可靠性上有大幅提高。數(shù)據(jù)時(shí)鐘恢復(fù)電路作為光纖通信和高速串行通信接收端最重要的部分，決定了整個(gè)系統(tǒng)接受端時(shí)鐘的質(zhì)量和恢復(fù)數(shù)據(jù)的抖動(dòng)和誤碼率。
[0003]傳統(tǒng)的高速數(shù)據(jù)時(shí)鐘恢復(fù)電路采用高速的低噪聲砷化鎵等II1-V族工藝來實(shí)現(xiàn)。然而由于其較高的電源電壓，采用該工藝實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)時(shí)鐘恢復(fù)電路的功耗都較高。同時(shí)，隨著CMOS工藝的提高，晶體管的特征尺寸的不斷減小，特征頻率的不斷提高，采用CMOS工藝來實(shí)現(xiàn)低功耗、高性能的高速電路成為可能。
[0004]目前，高速的數(shù)據(jù)時(shí)鐘恢復(fù)電路主要有兩種結(jié)構(gòu):線性數(shù)據(jù)時(shí)鐘恢復(fù)電路和bang-bang數(shù)據(jù)時(shí)鐘恢復(fù)電路。線性數(shù)據(jù)時(shí)鐘恢復(fù)電路的恢復(fù)數(shù)據(jù)和時(shí)鐘的抖動(dòng)性能較好，但由于需要數(shù)據(jù)直接驅(qū)動(dòng)邏輯電路，因此其輸入信號(hào)幅度一般較高，同時(shí)該結(jié)構(gòu)對鑒相器中的邏輯電路和電荷泵的要求較高，環(huán)路帶寬較低；bang-bang數(shù)據(jù)時(shí)鐘恢復(fù)電路直接對輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣，通過采用動(dòng)態(tài)比較器，輸入信號(hào)幅度可以降低為約50mV，其環(huán)路帶寬高，但其抖動(dòng)性能較差。囊括這兩種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，摒除其缺點(diǎn)，從而達(dá)到一個(gè)完美的折中，也是一個(gè)富有挑戰(zhàn)性的工作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種數(shù)據(jù)時(shí)鐘恢復(fù)電路，使其具有較好的輸入靈敏度、抖動(dòng)性能和鎖定特性。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種數(shù)據(jù)時(shí)鐘恢復(fù)電路，其特點(diǎn)是，該電路包含: 壓控振蕩器；
注入鎖定分頻器，其電路連接所述壓控振蕩器的輸出端；
可變延時(shí)單元，其電路連接所述注入鎖定分頻器的輸出端；
線性化環(huán)路，該線性化環(huán)路包含連接可變延時(shí)單元的輸出端的線性化鑒相器以及與其輸出端連接的線性化電荷泵；
Bang-bang環(huán)路，該bang-bang環(huán)路包含連接可變延時(shí)單元的輸出端的bang-bang鑒相器以及與其輸出端連接的bang-bang電荷泵；上述線性化鑒相器和bang-bang鑒相器均包含有動(dòng)態(tài)比較器；
環(huán)路濾波器，其電路連接所述線性化電荷泵和Bang-bang電荷泵的輸出端；
上述壓控振蕩器輸出差分正弦時(shí)鐘注入到注入鎖存分頻器進(jìn)行分頻，產(chǎn)生四相正交差分時(shí)鐘；該四相正交差分時(shí)鐘經(jīng)過可變延時(shí)單元再產(chǎn)生四相正交差分時(shí)鐘，并與之前的四相組成共八相正交差分時(shí)鐘；該八相正交差分時(shí)鐘輸入鑒相器，以對輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行二倍速率的過采樣；
上述鑒相器接收輸入數(shù)據(jù)，采用八路動(dòng)態(tài)比較器通過八相正交差分時(shí)鐘對輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行過采樣，以獲得其數(shù)據(jù)和邊沿的相位信息，驅(qū)動(dòng)后面的電荷泵，電荷泵的電流經(jīng)過相加后進(jìn)入到環(huán)路濾波器中進(jìn)行濾波，并采用該濾波后的電壓控制壓控振蕩器的輸出頻率。
[0007]上述鑒相器的動(dòng)態(tài)比較器采用兩級結(jié)構(gòu)，分別進(jìn)行積分放大和正反饋放大。
[0008]上述bang-bang環(huán)路中，經(jīng)過bang-bang動(dòng)態(tài)比較器采樣后的信號(hào)分別經(jīng)過同步和相位檢測的邏輯運(yùn)算來驅(qū)動(dòng)后面的bang-bang電荷泵。
[0009]上述線性化環(huán)路中，動(dòng)態(tài)比較器的積分放大級的線性模擬輸出通過增益可調(diào)的緩沖器和數(shù)級線性動(dòng)態(tài)鎖存器器進(jìn)行延時(shí)和放大；
線性化電荷泵將表征輸入數(shù)據(jù)邊沿的快慢信息動(dòng)態(tài)比較器的數(shù)字輸出和表征邊沿采樣時(shí)刻幅值信息放大后的模擬輸出進(jìn)行合并，產(chǎn)生幅值可調(diào)的電流脈沖，從而降低壓控振蕩器控制線上的紋波。
[0010]上述動(dòng)態(tài)比較器的積分放大級的線性模擬輸出通過延時(shí)和放大所到達(dá)線性化電荷泵的時(shí)間，與bang-bang動(dòng)態(tài)比較器采樣后經(jīng)過同步和邏輯運(yùn)算的信號(hào)到達(dá)線性化電荷泵的時(shí)間相同。
[0011]上述線性化環(huán)路和bang-bang環(huán)路的比例通過線性化電荷泵與bang-bang電荷泵的電流大小來進(jìn)行調(diào)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)不同的環(huán)路特性。
[0012]上述線性化電荷泵包含第一 NMOS晶體管、第二 NMOS晶體管、第三NMOS晶體管、第四NMOS晶體管、第五NMOS晶體管、第六NMOS晶體管、第一 PMOS晶體管、第二 PMOS晶體管、第三PMOS晶體管和第四PMOS晶體管；
上述第一 NMOS晶體管和第二 NMOS晶體管分別形成差分對管；第三、第四NMOS晶體管的源極接于第一 NMOS晶體管的漏極；第五、第六NMOS晶體管的源極接于第二 NMOS晶體管的漏極；
第一、第二、第三、第四PMOS晶體管的漏極分別一一對應(yīng)接于第三、第四、第五、第六NMOS晶體管的漏極。
[0013]上述第一、第二、第三、第四、第五、第六NMOS晶體管構(gòu)成線性化電荷泵的輸入管；第一、第二、第三、第四PMOS晶體管分別將接入第三、第四、第五、第六NMOS晶體管由柵極電荷泵控制信號(hào)UPx和DNx控制產(chǎn)生的電流進(jìn)行鏡像并進(jìn)行相加，UPx和DNx中X取0、1、2、3 ;該電流的大小由接入第一、第二 NMOS晶體管的延時(shí)和放大的信號(hào)INTx進(jìn)行控制，INTx中X取0、1、2、3，體現(xiàn)出電荷泵控制信號(hào)與通過延時(shí)和放大的信號(hào)的相乘作用。
[0014]上述鑒相器中輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行過采樣后獲得其數(shù)據(jù)和邊沿的相位信息，并對數(shù)據(jù)和邊沿的相位信息進(jìn)行同步，同步后的數(shù)據(jù)信息經(jīng)過電流模式的緩沖器后輸出到片外。
[0015]本發(fā)明數(shù)據(jù)時(shí)鐘恢復(fù)電路和現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)點(diǎn)在于，本發(fā)明通過采用基于環(huán)振的注入鎖定分頻電路，相對于傳統(tǒng)的電流模式的分頻器可以降低其功耗，同時(shí)使鎖定范圍滿足本發(fā)明的要求；
本發(fā)明中數(shù)據(jù)輸入端的動(dòng)態(tài)比較器能大大提高該系統(tǒng)的輸入靈敏度，降低對前端跨阻放大器的增益要求，降低整個(gè)接受端的功耗；
本發(fā)明通過采用四路并行的鑒相器結(jié)構(gòu)可以降低對鑒相器中動(dòng)態(tài)比較器和電荷泵的速度的要求，降低其設(shè)計(jì)難度，并進(jìn)一步降低電路整體的功耗；
本發(fā)明通過采用線性化鑒相器和線性化電荷泵，可以減小壓控振蕩器電壓控制端的波動(dòng)，從而降低電路輸出時(shí)鐘和數(shù)據(jù)的抖動(dòng)，提高整個(gè)接受端的整體性能；
本發(fā)明通過采用調(diào)節(jié)電荷泵的輸出電流，來調(diào)節(jié)傳統(tǒng)bang-bang環(huán)路和線性化環(huán)路的比例，并進(jìn)一步調(diào)節(jié)整個(gè)電路的環(huán)路特性，進(jìn)而滿足不同的性能要求。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明數(shù)據(jù)時(shí)鐘恢復(fù)電路的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明數(shù)據(jù)時(shí)鐘恢復(fù)電路中鑒相器和電荷泵的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為本發(fā)明數(shù)據(jù)時(shí)鐘恢復(fù)電路中線性化電荷泵的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4為本發(fā)明數(shù)據(jù)時(shí)鐘恢復(fù)電路中鑒相器和電荷泵在不同模式下相位-電流傳輸特性；
圖5為本發(fā)明數(shù)據(jù)時(shí)鐘恢復(fù)電路中注入鎖定分頻器的分頻特性。
【具體實(shí)施方式】
[0017]以下結(jié)合附圖，進(jìn)一步說明本發(fā)明的具體實(shí)施例。
[0018]如圖1所示，為本發(fā)明所公開一種基于邊沿線性化技術(shù)的25Gbps數(shù)據(jù)時(shí)鐘恢復(fù)電路的實(shí)施例的電路結(jié)構(gòu)，該電路包含:壓控振蕩器I (VCO);注入鎖定分頻器2 (ILD)，其電路連接所述壓控振蕩器I的輸出端；可變延時(shí)單元3，其電路連接所述注入鎖定分頻器2的輸出端；采用邊沿線性化的鑒相器4 (PD)和bang-bang鑒相器5，其電路連接所述可變延時(shí)單元3的輸出端的輸出端；線性化電荷泵6 (CP)和bang-bang電荷泵7，其電路分別連接線性化鑒相器4和bang-bang鑒相器5的輸出端；環(huán)路濾波器8，其電路連接所述電荷泵的輸出端。
[0019]其中，線性化鑒相器4以及與其輸出端連接的線性化電荷泵6組成線性化環(huán)路。
[0020]bang-bang鑒相器5以及與其輸出端連接的bang-bang電荷泵7組成bang-bang環(huán)路。
[0021]工作在12.5GHz的壓控振蕩器I (VCO)產(chǎn)生的差分正弦時(shí)鐘(CK)，這兩路正弦時(shí)鐘注入到基于環(huán)振的注入鎖存分頻器2進(jìn)行二分頻，產(chǎn)生4相6.25GHz的差分正交時(shí)鐘(A0-A3)。差分正交時(shí)鐘A0-A3經(jīng)過可變延時(shí)單元再產(chǎn)生4相差分正交時(shí)鐘(A4-A7)，并與之前的4相差分正交時(shí)鐘(A0-A3)組成8相6.25GHz時(shí)鐘。該8相差分正交時(shí)鐘經(jīng)過8路緩沖器來增強(qiáng)其驅(qū)動(dòng)能力，以對輸入25Gbps的差分?jǐn)?shù)據(jù)DATA進(jìn)行2倍速率的過采樣。
[0022]為了降低對動(dòng)態(tài)比較器、觸發(fā)器和邏輯電路的要求，線性化鑒相器4和bang-bang鑒相器5采用4路解復(fù)用結(jié)構(gòu)。
[0023]如圖2所示，在每一路中通過高速的動(dòng)態(tài)比較器對25Gb/s的輸入數(shù)據(jù)(即差分?jǐn)?shù)據(jù))DATA進(jìn)行過采樣來獲得其數(shù)據(jù)和邊沿的相位信息，然后經(jīng)過后續(xù)的觸發(fā)器對該數(shù)據(jù)和邊沿信息進(jìn)行同步，產(chǎn)生信號(hào)(DO，E0)。信號(hào)DO和EO異或產(chǎn)生bang-bang電荷泵的控制電壓UP0，信號(hào)EO與下一路的同步數(shù)據(jù)Dl異或產(chǎn)生壓控振蕩器的控制電壓DN0。
[0024]而同步