信息通信技术一直在影响着我们的日常生活,技术的进步使得大量的现代电子设备能够普遍地使用无线通信技术。随着通信技术的发展,信号传输速率大幅度提高,工业应用和消费者的需求都对通信技术提出了更高的要求。在超高速数据传输应用中,串行通信技术逐渐成为了数据通信的主要方式。时钟数据恢复电路（Clock and data recovery,CDR）是接收系统中的核心模块,决定了接收器的性能,对于整个串行通信系统十分重要。本文基于TSMC 40 nm LP CMOS工艺设计了一款工作于40Gbps的基于锁相环型全速率非线性的高速CDR电路。主要模块包括:鉴相器、V/I转换器、环路滤波器、LC压控振荡器以及缓冲器等。本文对非线性CDR的抖动特性进行了详细的分析,并且构建了抖动模型,用于指导后续的电路参数设计。在本次设计中,鉴相器模块采用的是经过改进的Alexander鉴相器。为了让电路能够工作在40Gbps上,采用了大量电流模逻辑结构的D触发器、锁存器和异或门。其中,异或门采用的是对称结构,并与V/I转换器以电流镜的方式连接到一起,可以提高电路的工作速度,并且有效地减小电流失配。为了进一步提高电路的工作速度,对传统的Alexander鉴相器结构进行了改进。通过改变异或门的输入端,使电路的结构更加对称,同时减小了异或门的输入寄生电容对采样端口的影响,有利于降低时钟漂移。压控振荡器模块采用的是电感电容式压控振荡器,针对调谐范围、线性度和相位噪声等关键性指标,对电容和电感的Q值、交叉耦合对和尾电流管的尺寸进行了参数优化,同时采用了变容管阵列来增加压控振荡器的调谐范围。本文给出了40Gbps CDR的电路设计、前仿真结果、版图设计和后仿真结果。电路的整体版图面积为525μm×525μm。后仿结果显示,在1.1V电源电压下,本次设计的时钟数据恢复电路能够成功地从40Gbps的输入数据中恢复出时钟信号和数据信号。在TT工艺角下,压控振荡器的调谐范围为39.5GHz-41.4GHz,当压控振荡器的振荡频率在40GHz时,相位噪声为-95.97d Bc/Hz@1MHz。环路的锁定时间为65ns,恢复出的时钟峰峰值抖动为0.385ps,即相对抖动约为0.0154 UI,恢复出的数据峰峰值抖动为1.79ps,即相对抖动约为0.0716UI,均能满足指标要求。