USB3．0中五分頻電路設(shè)計(jì)

摘要：基于65nm CMOS工藝，分別采用CML電路和TSPC電路設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一種新型五分頻電路，適用于USB 3．0物理層中時(shí)鐘頻率的五分頻轉(zhuǎn)換，且輸出占空比基本滿足50％，仿真結(jié)果表明采用CML電路構(gòu)建的分頻器可穩(wěn)定工作在8 GHz的輸入時(shí)鐘頻率，此時(shí)功耗為1．9 mW，采用TSPC電路構(gòu)建的分頻器可穩(wěn)定工作在10 GHz輸入時(shí)鐘頻率，此時(shí)功耗為0．2 mW，2種分頻電路都滿足USB 3．0規(guī)范要求，完全達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。
關(guān)鍵詞：分頻器；觸發(fā)器；電流模式邏輯；單相位時(shí)鐘邏輯

0 引言
USB 3．0是通用串行總線(Universal Serial Bus)的最新規(guī)范，該規(guī)范由英特爾等大公司發(fā)起，其最高傳輸速度可達(dá)5 Gb／s，并且兼容USB 2．0及以下接口標(biāo)準(zhǔn)。物理層的并串／串并轉(zhuǎn)換電路是USB 3．0的重要組成部分，在發(fā)送端將經(jīng)過8 b／10 b編碼的10位并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)并傳輸?shù)津?qū)動(dòng)電路，在接收端將經(jīng)過CDR(Clock and Data Recovery)恢復(fù)出來的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成10位并行數(shù)據(jù)。在并串／串并轉(zhuǎn)換過程中，同時(shí)存在著時(shí)鐘頻率的轉(zhuǎn)換，若串行數(shù)據(jù)采用時(shí)鐘上下沿雙沿輸出，則串行數(shù)據(jù)傳輸頻率降低一半，并行傳輸時(shí)鐘為串行傳輸時(shí)鐘的1／5，即五分頻。
本文設(shè)計(jì)了基于65 nm工藝的五分頻器，產(chǎn)生一個(gè)占空比為50％的五分頻信號(hào)。對該電路的設(shè)計(jì)不以追求高速度為惟一目標(biāo)，而是在滿足USB 3．0協(xié)議所要求的頻率范圍基礎(chǔ)上，盡可能的降低功耗。

1 電路原理與結(jié)構(gòu)
采用基于D觸發(fā)器結(jié)構(gòu)的五分頻器邏輯框圖如圖1所示。圖1由3個(gè)D觸發(fā)器和少量邏輯門構(gòu)成，采用了同步工作模式，其原理是由吞脈沖計(jì)數(shù)原理產(chǎn)生2個(gè)占空比不同的五分頻信號(hào)A和B，然后對時(shí)鐘信號(hào)CLK，A和B進(jìn)行邏輯運(yùn)算得到占空比為50％的五分頻信號(hào)CLK／5，其計(jì)數(shù)過程如表1所示，從表1的計(jì)數(shù)過程可知，分頻后的時(shí)鐘CLK／5的周期是輸入時(shí)鐘CLK的5倍，由此實(shí)現(xiàn)了五分頻并且其占空比為50％。