用于以太网物理层时钟同步PLL的VCO设计‘HTH官网’

发布时间：2025-01-30 14:44:01 丨 浏览次数：761

0章节　　在以太网中，物理层芯片（PhysicalLayerInterfaceDevices，PHY）是将各网元相连到物理介质上的关键部件。负责管理已完成点对点参考模型（OSI）第I层中的功能，即为链路层实体之间展开位传输获取物理相连所需的机械、电气、光电切换和规程手段。其功能还包括创建、确保和拆毁物理电路，构建物理层比特（bit）东流的半透明传输等。

物理层还包括4个功能层和两个上层模块。两个上层模块为物理介质牵涉到层模块（MII）和物理介质涉及层模块（MDI），在MII的上层是逻辑数据链路层（DLL），而MDI的下层则必要与传输介质连接。而这些子层的长时间工作都必不可少一个平稳准确的时钟实时信号。

PLL在物理层芯片的时钟实时应用于中，拒绝其输入时钟比特率覆盖范围甚广，电压掌控频率线性度好，频谱纯度低。在PLL设计过程中，VCO是尤为关键的设计环节，其性能将必要要求PLL的设计工作质量。近年来，VCO振幅噪声获得更加了解的研究，各种低噪声VCO结构不断涌现，文献中提及的交叉耦合电流饥饿型VCO乃是其中一种。电流饥饿是指电路单元的电流受到电流源的钳制而无法超过其理应的最大值。

本文在其基础上使用了一种有效地掌控电压转换电路，确保原先电路优点的同时拓展了线性度，提升外用噪声能力，有效地减少了振幅噪声。　　1VCO延后单元工作原理　　图1右图为电流饥饿型VCO中的单级结构。PNP管M1和NPN管M2是延后单元的组成部分，Ictrl是用作掌控电容的静电电流Id1和充电电流Id2，他们是包含环形振荡器的每一级。

Ictrl掌控着流到M1管和M2管的电流，所以由M1管和M2管包含的延后单元正处于电流饥饿状态。每一级太迟单元正处于电流饥饿状态。每一级的电流都由同一个电流源所镜像，所以Id1=Id2同时电流大小由输出掌控电流Ictrl掌控。　　　　反互为延后主要是2个原因：一个是RC的电池时间；另一个是反相器的预置电压。

而这2个延迟时间的产生都是可以通过调整宽长比来构建。环形转换器的次数必需是奇数，这样电路才会瞄准造成波动告终。而差动结构的振荡器级电路数可以是偶数，只要将其中的一级接成不转换器的。这种灵活性是差动电路高于单端电路的一个优点。

　　2电流饥饿型VCO　　如图2右图VCO由11级单端转换器延时单元构成的差分电流饥饿型环型振荡器结构，11级差分反互为延后单元，交叉耦合输入结构改以单端输入，其波动电压可超过仅有摆幅。交叉耦合、栅极短路的P管，在两个的环之间重新加入一个反相器，使它们的输入信号相位差为180。

为了在上电的时候能立刻使两个振荡器实时并维持180的输入差距，这两个门的尺寸必需另设得较为大以便有充足大的驱动能力。这种结构需要有效地诱导环境噪声还包括电源和衬底噪声的影响，因此具备较好的抗噪能力。在设计环型振荡器时，不应充分考虑每级输入输出点的电容阻抗，确保每一级的延时都完全相同，这样每个输入输出点的波动频率才能完全相同。

　　　　此外，由于闸极长度L要求了仅次于工作频率，因此在符合仅次于工作频率指标的条件下应尽量减少闸极长度以增加电路对工艺参数的脆弱程度，即使在最坏情况下仍能确保电路长时间工作。第一级反相器的掌控电流来自于PLL中RC滤波器的输入电压切换过来的。在设计反相器的宽长比时要确保有充足大的掌控电流调节范围，同时也要使闸极长度充足长以避免较短沟道效应。反相器MOS管的衬底与滤波器电容相接同一个参照地电位，这样可以确保PMOS管和NMOS管受短路噪声的影响。

在与掌控支路平行的电流通路中，NMOS管是宽闸极管，它为VCO获取小的偏置电流，确保了当掌控管工作在亚阈值状态时振荡器仍能波动。反相器电容管相连在虚地线与VDD之间，其起到等效一个电容，它能有效地容许元神地线的电压波动，从而强化VCO的抗噪声能力。如果必须较小的电容值，可以通过多管并联的方法获得。但是该电路必须设计一个较好的电压／电流切换电路，即掌控电压转换电路。

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