人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)、云計(jì)算等應(yīng)用的發(fā)展推動(dòng)了智算/數(shù)據(jù)中心交換網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸速率的迅速增長(zhǎng),對(duì)高速有線收發(fā)機(jī)系統(tǒng)中的時(shí)鐘倍頻器的工作速度、抖動(dòng)、面積和功耗等性能提出了更高的要求。基于環(huán)形振蕩器的注入鎖定時(shí)鐘倍頻器具有低抖動(dòng)多相時(shí)鐘產(chǎn)生、緊湊布局、高能效和高魯棒性等優(yōu)勢(shì),成為有線收發(fā)機(jī)系統(tǒng)中多相時(shí)鐘產(chǎn)生的有效解決方案。但注入鎖定時(shí)鐘倍頻器面臨固有注入相位誤差、最優(yōu)注入脈沖寬度及其隨PVT變化的漂移等挑戰(zhàn),限制了注入鎖定時(shí)鐘倍頻器性能的進(jìn)一步提升和推廣應(yīng)用。

針對(duì)上述關(guān)鍵問題,微電子所高頻高壓中心劉新宇研究員/鄭旭強(qiáng)研究員團(tuán)隊(duì)提出了一種新型基于環(huán)形振蕩器的注入鎖定時(shí)鐘倍頻器。團(tuán)隊(duì)提出了寬脈沖注入和傳統(tǒng)窄脈沖注入相結(jié)合的互補(bǔ)注入方案,有效消除了窄脈沖注入引入的固有相位誤差,同時(shí)增強(qiáng)了相位噪聲抑制能力;設(shè)計(jì)了脈寬自適應(yīng)注入脈沖產(chǎn)生電路,實(shí)現(xiàn)不同PVT下的最佳噪聲抑制;開發(fā)了基于失鎖檢測(cè)和環(huán)路選擇的頻率追蹤環(huán)路,擴(kuò)展了頻率鎖定范圍。該注入鎖定振蕩器被集成到高速有線收發(fā)機(jī),實(shí)現(xiàn)了112Gb/s PAM4調(diào)制數(shù)據(jù)傳輸。

研究成果以“A Low-Jitter and Low-Reference-Spur Ring-VCO-Based Injection-Locked Clock Multiplier Utilizing a Complementary-Injection Scheme and an Adaptive Pulsewidth Adjustment”為題發(fā)表在集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域頂級(jí)期刊Journal of Solid-State Circuits(JSSC)上,微電子所研究生王則棟為第一作者,微電子所鄭旭強(qiáng)研究員為通訊作者。該項(xiàng)研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和國(guó)家自然科學(xué)基金的支持。

論文鏈接:https://ieeexplore.ieee.org/document/10742924

圖1. 提出的基于環(huán)形振蕩器的注入鎖定時(shí)鐘倍頻器

圖2. (a)芯片照片及各模塊功耗;

(b)RMS抖動(dòng)隨電源電壓變化圖;

(c)RMS抖動(dòng)隨VCO控制電壓變化圖