随着科技的发展,处理器的运算量、运算速度都有很大的提升,提升数据的传输速度和质量成为了提升系统整体性能的重要途径,而I/O技术中过去常用的并行接口技术成为了这一趋势的主要瓶颈之一。为了解决这一问题,以往主要用于光纤通信的串行通信技术——SerDes已经逐渐取代传统并行总线,将成为主流的高速接口技术。SerDes电路的核心是时钟数据恢复(CDR)电路,即从输入数据流中分离出时钟和数据信号,消除传输过程中带来的抖动和失真,将数据解串后送入后续的电路。时钟数据恢复电路的性能决定了整个SerDes电路的性能,本文将对CDR电路的原理、设计、系统级仿真和版图设计进行研究,设计了一款基于0.13μm 1P8M CMOS工艺的CDR电路,采用了基于相位插值的结构,优于传统基于锁相环结构,解决了后者的带宽折中问题。设计中采用了大量的数字电路来实现,降低了对工艺的高依赖度和敏感度。本文主要研究的内容包括:(1)时钟数据恢复电路的性能衡量标准,通过研究抖动传输函数和抖动产生,了解到抖动容限是CDR电路的重要性能指标;(2)采用相位插值结构分模块设计电路,并对各个模块分别进行了仿真。其中,相位插值单元是关键的模块,本文介绍了基于相位插值单元的CDR电路各个模块的数学模型,并进行了详细的电路分析;(3)建立了抖动模型,研究时钟相位随数据抖动的变化。使用Verilog-A程序实现了PRBS序列的生成,并将其作为输入CDR系统测试抖动容限的测试数据。通过系统级仿真,测出了本设计的抖动容限。(4)对影响版图性能的因素进行了分析,并介绍了解决天线效应、闩锁效应等不良影响的方法,阐述了版图设计的注意事项,并给出了本设计方案的版图。设计的目标为抖动容限小于0.4UI,功耗低于500mW。采用本设计方案的电路性能完全满足以上指标。