A 5.4Gb/s Clock and Data Recovery Circuit for Graphic DRAM Interface

With recent advancement of high-speed, multi-gigabit data transmission capabilities, serial links have been more widely adopted in industry than parallel links. Since the parallel link design forces its transmitter to transmit both the data and the clock to the receiver at the same time, it leads to hardware's intricacy during high-speed data transmission, large power consumption, and high cost. Meanwhile, the serial links allows the transmitter to transmit data only with no synchronized clock information. For the purpose, clock and data recovery circuit becomes a very crucial key block. In this paper, a 5.4Gbps half-rate bang-bang CDR is designed for the applications of high-speed graphic DRAM interface. The CDR consists of a half-rate bang-bang phase detector, a current-mirror charge-pump, a 2nd-order loop filter, and a 4-stage differential ring-type VCO. The PD automatically retimes and demultiplexes the data, generating two 2.7Gb/s sequences. The proposed circuit is realized in 66㎚ CMOS process. With input pseudo-random bit sequences (PRBS) of $2^{13}-1$, the post-layout simulations show 10psRMS clock jitter and $40ps_{p-p}$ retimed data jitter characteristics, and also the power dissipation of 80mW from a single 1.8V supply.

그래픽 DRAM 인터페이스용 5.4Gb/s 클럭 및 데이터 복원회로

최근 대용량 데이터 전송이 이루어지면서 하드웨어의 복잡성과 전력, 가격 등의 이유로 인하여 입력데이터와 클럭을 함께 수신 단으로 전송하는 병렬버스 기법보다는 시리얼 링크 기법이 메모리 인터페이스에 많이 사용되고 있다. 시리얼 링크 기법은 병렬버스 기법과는 달리 클럭을 제외한 데이터 정보만을 수신단으로 보내는 방식이다. 클럭 및 데이터 복원 회로(clock and data recovery 혹은 CDR)는 시리얼 링크의 핵심 블록으로, 본 논문에서는 그래픽 DRAM 인터페이스용의 5.4Gb/s half-rate bang-bang 클럭 및 데이터 복원회로를 설계하였다. 이 회로는 half-rate bang-bang 위상검출기, current-mirror 전하펌프, 이차 루프필터, 및 4단의 차동 링타입 VCO로 구성되었다. 위상 검출기의 내부에서 반 주기로 DeMUX된 데이터를 복원할 수 있게 하였고, 전체 회로의 용이한 검증을 위해 MUX를 연결하여, 수신된 데이터가 제대로 복원이 되는지를 확인하였다. 설계한 회로는 66㎚ CMOS 공정파라미터를 기반으로 설계 및 layout하였고, post-layout 시뮬레이션을 위해 5.4Gb/s의 $2^{13}-1$ PRBS 입력데이터를 사용하였다. 실제 PCB 환경의 유사 기생성분을 포함하여 시뮬레이션 한 결과, 10psRMS 클럭 지터 및 $40ps_{p-p}$ 복원된 데이터 지터 특성을 가지고, 1.8V 단일 전원전압으로부터 약 80mW 전력소모를 보인다.