一种采用18纳米FinFET技术的超低功耗、快速锁定的注入锁定型电荷泵（CDR），适用于下一代物联网系统

《IEEE Women in Engineering Magazine》：An Ultra-Low-Power and Fast-Locking Injection-Locked CDR in 18-nm FinFET Technology for Next-Generation IoT Systems

　　

摘要：

物联网（IoT）、6G和边缘计算应用的迅速发展对超低功耗以及快速锁相和数据恢复（CDR）电路提出了更高要求。传统的基于锁相环（PLL）/数字锁相环（DLL）的方法存在功耗高、反馈回路复杂和捕获时间长的问题，因此不适合用于能源受限的场景。本文介绍了一种采用18纳米FinFET技术实现的注入锁定CDR（ILCDR），该方案针对低于Gb/s至1.2 Gb/s的物联网应用场景进行了能效和时序恢复性能的优化。所提出的架构采用八相正交环振荡器（QRO），并结合注入脉冲边缘检测和相位选择逻辑，从而无需使用体积庞大的环路滤波器和电荷泵。在布局后的Cadence Virtuoso仿真中（基于提取的寄生参数的硅前验证），在预偏置条件下，系统能够在一到两个单位时间内完成锁相；恢复数据的峰峰值抖动为4.1皮秒（在1.2 Gb/s时为0.492% UI）；能量效率低于皮焦耳/比特（在1.2 Gb/s时为0.483 pJ/bit，在868 Mb/s时为0.668 pJ/bit）。在1.2 V的工作电压下，该设计的功耗为0.580 mW，能量-抖动性能比为2.4 mW·ps。作为参考，最近报道的一种针对突发模式操作优化的28纳米FDSOI ILCDR功耗为0.318 mW，在868 Mb/s时的数据抖动为11.9 ps，其能量-抖动性能比为3.8 mW·ps。所提出的FinFET设计在1.2 Gb/s时的能量-抖动性能比为2.4 mW·ps，表明在更高数据速率下实现了更好的能效与抖动之间的平衡。在868 Mb/s的相同工作速率下，直接比较两者发现，所提设计的功耗为0.668 pJ/bit，而FDSOI参考设计的功耗为0.37 pJ/bit，这反映了FinFET设计在超出其最佳效率点运行时的功率损耗。