应用于USB3.0物理层的低抖动频率合成器的研究与设计

摘要

随着个人计算机、消费及移动类产品向更高传输速度、更大存储容量发展，快速实时传输已成为目前所有设备接口必须的性能要求。USB3.0以其快速、全双工、廉价、动态热插拔的特点受到极大的关注，更由于Intel、HP、NEC、NXP半导体、TI等公司组成的USB联盟的大力推进，势必成为未来继USB2.0后另外一种为终端广泛使用的接口。相对于USB2.0，USB3.0的传输速度提高到原来的10倍，具有更低的功耗以及更高的传输效率，同时，可以向后兼容USB2.0。
　　本论文对应用于USB3.0物理层中的频率合成器进行了研究与设计。频率合成器的时钟抖动决定了物理层发送器的误码率和物理层接收器获取的时钟精度。根据USB3.0的规定，传输速率和接收速率为5Gbps，因此本文中频率合成器的输出频率规定为5GHz，并根据噪声要求，实现了全差分式电荷泵和压控振荡器；同时为了符合协议中对于时钟抖动的规范，设计了电源调制器对频率合成器供电，以此减小电源耦合噪声。
　　本文中电路均采用SMIC90nmLL工艺实现，采用名义上的1.8V电压供电。仿真结果表明，频率合成器的输出频率可以达到5GHz，其频率输出范围为3.58GHz到6.52GHz，在1MHz处的相位噪声为-96.32dBc/Hz，周期-周期时钟抖动为12.1ps，整体版图面积为920um×820um。