传统的并行传输技术由于存在功耗高、速度受限等缺点,以PCI Express为代表的高速串行传输技术将代替传统的并行传输技术。时钟数据恢复电路(Clock Data Recovery,CDR)是实现高速串行传输技术的关键模块。它从串行数据中恢复出时钟信号,并通过数据恢复技术消除数据在传输过程中引入的抖动,其性能决定了整个串行传输系统的性能。本文旨在对2.5Gbps高速低抖动时钟数据恢复电路的分析、设计和实现进行研究,使其能够集成在低成本、低功耗的CMOS工艺中。本文在分析CDR环路动态特性的基础上,对其进行了系统建模,并结合CDR性能指标的要求详细说明了CDR环路参数及其具体器件参数的计算方法,由此确定了一套CDR的详细设计流程。此外,本文还详细研究高速数模混合电路的设计方法和版图布局策略,并针对此CDR设计了专门的测试芯片,并研究了高速模拟电路的测试方法。在电路设计过程中,针对传统VCO频率受限以及对电源噪声敏感性高的缺点,提出了一款改进型的双环高速低抖动VCO电路结构;同时设计了一款高带宽的电荷泵,该电路具有电流失配和电流过冲小,以及响应速度快等优点;此外,为了弥补传统CDR频率捕获范围小和锁定速度有限的缺点,加入了一个频率锁定环路,同时还设计了一个上电初始化电路,此电路在提高系统可靠性的同时,大大减少了CDR环路的上电锁定时间。在此基础上,本文在通用130nm CMOS工艺下设计并实现了一款数据速率为2.5Gbps的高速低抖动时钟数据恢复电路。芯片版图面积为175um*240um,版图模拟结果表明,此CDR能够正确恢复各种形式的输入数据,功耗为32mW,抖动均方根值Jitter_RMS<0.01UI,即4ps,满足面向PCI Express的应用。