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时钟占空比校准电路(Duty Cycle Corrector,DCC)广泛地应用于双倍数据率同步动态随机存取内存(DDR SDRAM)、双采样模数转换器、时钟数据恢复(CDR)等电路中,以实现一个50%占空比的时钟,从而保障系统的正常运作和效能的最佳发挥。
论文概述了现有的经典占空比校准技术,分析比较了数字式DCC和模拟式DCC的优缺点。由于模拟式DCC具有校准精度高和可调范围宽的优点,论文着重对模拟式DCC进行了研究。为了解决基于传统检测方式的模拟式DCC易受电路和工艺失配影响的问题,同时减小芯片面积,论文提出了一种基于连续时间积分器的占空比检测方式,并针对不同的应用场合,设计了两款DCC:
1)适用于流水线型模数转换器(Pipelined ADC)的低抖动DCC:通过引入合成级并采取固定下降沿的校准方式,电路在进行占空比校准的过程中几乎不引入附加抖动,从而满足高速高精度ADC的需求。论文基于CHRT0.35μm2P4M CMOS进行了电路及版图设计,芯片面积为180×130μ㎡。测试结果表明:可校准频率范围为0.5MHz~280MHz,其中200MHz以下可校准占空比范围大于30%~70%,校准误差小于±1%,200MHz以上可校准占空比大于37%~70%,校准误差小于±6%;固定沿的附加均方根抖动为0.13ps,结果基本满足拟定的设计指标。
2)用于校准高速时钟占空比的高速DCC:通过直接在时钟传播路径中校准来提高工作速度。电路基于SMIC0.18μm Mixed Signal工艺实现,版图面积仅为60×45μ㎡。Spectre仿真结果表明:电路可校准频率范围为10MHz~4GHz;可校准占空比范围大于35%~65%;校准误差在±1%以内;建立时间小于500ns,满足拟定的设计指标。