Nagyfrekvenciás órajel elosztó hálózatokban alkalmazott ILO áramkörök
A mai integrált áramkörök túlnyomórészt szinkronműködésűek, azaz a különböző részegységek, cellák működésének időzítéséhez, egyes részegységek közötti adatátvitelhez, adatok feldolgozásához órajelre van szükség. Az egyre nagyobb bonyolultságú integrált áramkörök (általános célú és grafikus processzorok, telekommunikációs áramkörök, stb.) felületén óriási problémát jelent az órajel időben történő eljuttatása az áramkör különböző részegységeihez. Fontos kiemelni, hogy az órajel vezetékek futják be a leghosszabb utat a chip felületén, a legtöbb cellához csatlakoznak és a legmagasabb frekvencián működnek
Elméletben a szinkron áramkörök minden része egyszerre kapja meg az órajel megfelelő élét.. Ezzel a jellel szinkronizáljuk az egyes kapukat egymással. Azonban mint minden jelvezetéken, az órajel vezetéken is késleltetést szenved a jel. Ha a jelutakon az órajel különböző késleltetést szenved, akkor előfordulhat, hogy két ágban órajel csúszás (clock skew) alakul ki. Ez azt jelenti, hogy a két logikai blokk valamekkora időkülönbséggel dolgozik, ami akár a digitális szinkron áramkör funkcionális működési hibáját okozhatja.
Folyamatos kutatások zajlanak az ún. külső jellel befogott oszcillátorok (ILO – Injection Locked Oscillator) alkalmazására az órajel elosztó hálózatokban. Ebben az esetben az elképzelés szerint az integrált áramkör közepén állítjuk elő a globális órajelet, amivel vezéreljük az áramköri részegységek saját lokális órajelét előállító ILO áramköröket! ILO áramkörök is hasonlóan működnek, mint az egyszerű VCO áramkörök, azonban előnyük, hogy képesek magukat szinkronizálni a globális órajelhez, valamint a globális órajel frekvenciájánál nagyobb (fglobal·n) vagy kisebb frekvenciájú (fglobal/n) lokális órajelet is elő tudnak állítani megfelelő vezérlés mellett.
Dolgozatomban bemutatom a modern órajel elosztó hálózatok működését és felépítését, az órajel elcsúszás jelenségét, valamint egy – a nagyfrekvenciás órajel elosztó hálózatokban alkalmazható – ring oszcillátoros ILO áramkör kapcsolási rajzának és fizikai tervezésének, méretezésének lépéseit, szimulációs eredményeit. Munkámat a Cadence OPUS IC 6.1.4 nyílt integrált áramkör tervezőrendszerrel végeztem. Az áramkört az Austria Microsystem 0.35µm CMOS technológiára terveztem
szerző
-
Csányi Péter
villamosmérnöki
nappali
konzulens
-
Dr. Bognár György
egyetemi docens, Elektronikus Eszközök Tanszék
