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随着大数据的时代到来,近十多年来高速串行通信技术快速发展,在日常生活中到处可以看到高速串行通信技术的存在,例如USB、PCI-E、IEEE1394和Thunderbolt等,其中IEEE1394经常被用于工业级相机的数据传输,以及军事和航天等领域。IEEE1394串行通信协议,最早是用在苹果公司产品Mac电脑上的Fire Wire,由于后来被IEEE采用并且重新进行了规范,因此也称为IEEE1394。 IEEE1394串行数据传输通过4层分层协议实现,可分为物理层、链路层、处理层和总线管理层。IEEE1394最早版本IEEE1394a在Backplane模式支持12.5、25、50Mbps的传输速率,而Cable模式支持100Mbps、200Mbps、400Mbps的速率。随后提出的IEEE1394b达到了800Mbps的传输速率,在Cable模式下将原来的4.5m的传输距离延伸至50m,后来在2007年发布的IEEE1394c支持1.6Gbps和3.2Gbps。本论文研究和设计的是应用于IEEE1394b物理层实现的时钟数据恢复电路,时钟数据恢复电路是接收端一个重要的模块,它的核心功能是对接收端接收到的数据进行时钟提取和数据再定时,它能否正常工作直接影响到整体芯片的性能。本论文首先介绍抖动和编码类型,重点描述本论文设计的用于时钟数据恢复电路仿真验证时使用的时钟抖动模型和数据抖动模型,通过比较不同类型的时钟数据恢复电路结构,从而挑选适合IEEE1394b物理层实现的结构。其次介绍了插值型时钟数据恢复电路系统的线性化分析,包括Alexander鉴相器、数字环路滤波器和相位插值电路,分析不同的比例路径增益和积分路径增益对二阶时钟数据恢复电路系统传输函数和抖动容忍曲线的影响,并且重点介绍本论文设计时钟数据恢复电路的子模块电路和整体电路设计和仿真。最后介绍混合信号电路版图设计注意事项和插值型时钟数据恢复电路的测试结果。本论文设计的时钟数据恢复电路采用的是插值型结构,支持IEEE1394b中S800、S400数据传输模式,并兼容S100数据传输模式。利用锁相环产生的四个相位的时钟(0°、45°、90°和135°)进行相位插值得到采样时钟,最高工作频率为1GHz,采用1.2V的单电源电压供电,其中相位插值精度为π/32。最后利用Cadence EDA设计工具完成从原理图到版图的设计,采用SMIC0.13u MPW单阱工艺进行流片并完成测试。