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基于0.18-μmCMOS工艺的2.488Gb/s时钟数据恢复电路的设计

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第一章 绪论

§1.1 课题研究背景

§1.2 CDR发展概述及研究现状

§1.3 CDR研究的目的和意义

§1.4 本文的研究内容及章节安排

§1.5 课题的研究成果

第二章 时钟数据恢复电路概述

§2.1 时钟数据恢复电路的基本问题

§2.2 时钟数据恢复电路基本原理

§2.3 本章小结

第三章 基于PLL的时钟数据恢复电路

§3.1 锁相环(PLL)概述

§3.2 PLL与CDR的区别

§3.3 PLL与CDR的性能指标

§3.4 本章小结

第四章 2.488Gbps时钟数据恢复电路的设计与前仿真

§4.1 基于CPPLL的CDR电路的结构

§4.2 CDR环路参数的设计

§4.3 CDR环路子模块的设计

§4.4 CDR电路前仿真

§4.5 本章小结

第五章 2.488Gbps时钟数据恢复电路的版图设计与后仿真

§5.1 集成电路版图设计技术

§5.2 2.488Gbps的CDR版图设计

§5.3 2.488Gbps的CDR后端仿真

§5.4 本章小结

第六章 总结与展望

§6.1 论文总结

§6.2 论文展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士期间主要研究成果

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摘要

光纤通信技术已成为现代通信的主要支柱之一,其传输技术标准通常采用国际同步数字体系(SDH)和美国同步光网络(SONET)两项国际标准。时钟数据恢复(CDR)电路是光纤通信系统的关键电路,其性能优劣制约着通信网络的发展。
  本文简要介绍了光纤通信系统及其通信标准和协议,并对锁相环(PLL)原理、CDR的相关理论和设计技术、特别是CDR的传输特性以及抖动特性进行了深入的研究。在理论分析的基础上,利用Cadence集成电路设计软件,基于SMIC0.18-μm1P6M CMOS工艺,设计了一种面向光纤通信收发器应用的2.488Gb/s三阶电荷泵锁相环(CPPLL)型时钟数据恢复(CDR)电路。该CDR电路基于SONET OC-48/SDH STM-16的要求而设计,并采用一种双环路结构来实现。为了增加整个环路的捕获范围及减少锁定时间,本文增加了一个带参考时钟的辅助锁频环路。整个系统由五个重要模块组成:高速Hogge鉴相器(PD)、普通型边沿触发式鉴频鉴相器(PFD)、差分输入单端输出型电荷泵(CP)、二阶无源低通滤波器(LPF)和四级环形差分压控振荡器(VCO)。
  本文采用Cadence的Spectre及Spectre RF仿真工具对CDR电路进行了仿真,并得到后仿真结果如下:系统电源电压取1.8V,在2.488Gbps速率的非归零码(NRZ)输入数据下,恢复数据的抖动峰值为14.6ps,锁定时间为1.5μs,整体电路的功耗为60mW,核心版图面积为566μm×448μm(0.25mm2)。从仿真结果来看,本设计的CDR电路可以稳定工作,并能成功的恢复出数据率为2.488Gbps的串行NRZ数据,其性能指标符合ITU-T提出的国际标准SDH中等级STM-16的要求。

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