基于DP標準發(fā)射端擴頻時(shí)鐘發(fā)生器電路設計

引言

　　DP(DisplayPort)接口標準旨在尋求代替計算機的數字視頻接口DVI、LCD顯示器的低壓差分信號LVDS(Low Voltage Differential Signal)。DP利用目前交流耦合電壓差分的PCI Express電氣層，有1~戽個(gè)工作速率為217 Gb/s的數據對(Lanes)，最高可獲得4通道多達10.8 Gb/s的帶寬。時(shí)鐘不是分離的，而是內置于Lanes。傳輸命令和控制的輔助數據通道是雙向的，最高傳輸比特率可達1 Mb/s。DP支持的最大傳輸距離為15 m，而其工作電平比DVI更低。

　　伴隨微處理器的頻率不斷增加，由此產(chǎn)生的電磁干擾會(huì )影響電子產(chǎn)品的正常。為了抑制電磁干擾，人們先后研究出屏蔽、脈沖整形、濾波、低電壓差分時(shí)鐘、特殊版圖布局、擴頻時(shí)鐘發(fā)生器等方法，其中擴頻時(shí)鐘發(fā)生器可有效減小峰值和諧波的功率，且可通過(guò)電路設計的廣闊空間實(shí)現，因而得到廣泛應用。這里設計一種基于DP標準采用μ工藝的發(fā)射端擴頻時(shí)鐘發(fā)生器。合理設計鎖相環(huán)路，采用外加濾波器對壓控振蕩器的控制電壓進(jìn)行三角波調制，得到所需的擴頻時(shí)鐘。

　　2 擴頻時(shí)鐘發(fā)生器總體結構

　　降低電磁干擾(EMI)是電子系統設計人員需要考慮的重要因素，擴頻時(shí)鐘(CLK)為降低EMI提供一個(gè)有效途徑。這里采用tsmc0.18μm 工藝設計一款符合DisplayPort標準發(fā)射端的擴頻時(shí)鐘發(fā)生器。在合理設計鎖相環(huán)路的基礎上，運用外加電荷泵對壓控振蕩器的控制電壓進(jìn)行三角波調制，得到所需要的擴頻時(shí)鐘。圖1為該設計結構框圖。

　　3 各模塊電路設計

　　3.1 鑒頻鑒相器電路

　　圖2為鑒頻鑒相器電路框圖。鑒頻鑒相器的輸出由輸入信號的頻率和相位決定，它比較兩個(gè)輸入信號的上升沿，當輸入參考時(shí)鐘信號Ref的上升沿超前反饋信號Fed的上升沿到達鑒頻鑒相器時(shí)，鑒頻鑒相器的輸出UP為高，而此時(shí)DOWN保持為低電平，當Fed的上升沿也到來(lái)時(shí)，輸出被復位;當信號Fed的上升沿超前參考信號Ref到來(lái)時(shí)，輸出DOWN為高，當Ref的上升沿也到來(lái)時(shí)，鑒頻鑒相器被復位。因此，鑒頻鑒相器根據輸入信號相位差來(lái)驅動(dòng)后級電路。比較兩個(gè)輸入信號的相位差，然后將其轉變成兩個(gè)數字信號來(lái)控制電荷泵的工作狀態(tài)。在本設計中，由于參考輸入頻率僅為900 kHz，因而對鑒頻鑒相器的工作速度要求并不高。因此，在滿(mǎn)足低功耗要求的前提下，采用最簡(jiǎn)單的無(wú)死區鑒頻鑒相器的結構。

　　為了避免死區，在復位路徑中引入延時(shí)T。在設計延時(shí)時(shí)長(cháng)時(shí)，首先應考慮鑒頻鑒相器的工作頻率。因為鑒頻鑒相器的最高丁作頻率為1/2Tdelay，Tdelay包括插入延時(shí)和鑒頻鑒相器的內部延時(shí)。要求插入延時(shí)的引入不影響鑒頻鑒相器的正常工作;另外需考慮當插入延時(shí)相對較長(cháng)時(shí)，電荷泵的充、放電電流同時(shí)開(kāi)啟的時(shí)間就會(huì )變長(cháng)，而電荷泵存在的失調就會(huì )在濾波器電容上引入抖動(dòng)，即增加鎖相環(huán)輸出的雜散成分。因此，在鑒頻鑒相器內部延時(shí)可忽略及充分開(kāi)啟電荷泵的前提下，應盡量減小失調。這里插入延時(shí)取8 ns。由于后級電荷泵電路為差分輸入，因此采用傳輸門(mén)減少反相器的延時(shí)。

　　3.2 帶隙基準電路

　　為滿(mǎn)足帶隙基準電路的低壓應用，這里采用一種電流模式結構的低壓帶隙基準電路，如圖3所示。該電路可以輸出低于1 V的電壓，有效降低了電路的電源電壓;同時(shí)，電路中采用與電壓無(wú)關(guān)的偏置及帶負反饋網(wǎng)絡(luò )的二級運放，降低了電路的電源敏感性。

　　基于0.35μm CMOS工藝的HSPICE仿真結果表明，該電路可工作在1.1~1.5 V的低電源電壓下，并具有14 ppm/℃的低溫度系數，能夠輸出200 mV～1.25 V的寬范圍電壓，并使用與電源無(wú)關(guān)偏置以及帶負反饋網(wǎng)絡(luò )的二級運放，提高輸出電壓的精度，該電路中，各MOS管都工作于飽和狀態(tài)。電路中運算放大器采用二級結構，具有較高的低頻增益。