Source-synchronous I/O links using Adaptive Interface Trainings for High Bandwidth Applications

• Applicant: Professor Dr.-Ing. Klaus Hofmann
• Subject Area: Electronic Semiconductors, Components and Circuits, Integrated Systems, Sensor Technology, Theoretical Electrical Engineering
• Term: from 2015 to 2019
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 269885131

• Final Report Year: 2020

Final Report Abstract

Durch die im Projekt entwickelten Schaltungen und Methoden konnte die Leistungsaufnahme von source-synchronen parallelen I/O Verbindungen deutlich reduziert und gleichzeitig eine bessere Genauigkeit der Phasenkalibrierung erzielt werden. Der voll digitale Phasen-zu-Digital Wandler als zentrale Errungenschaft wird dabei in mehreren Bereichen der High-Speed Transceiver zur Messung und Kompensation von Phasen- und Tastgradfehlern eingesetzt: • Phasendetektion in Delay-Locked-Loops • Globale und lokale Tastgradkorrektur hochfrequenter Taktsignale • Phasenanpassung der individuellen Datenleitungen von source-synchronen I/O Verbindungen • Lokale Kompensation der Nichtlinearitat und der Tastgradvariation von Phaseninterpolatoren • Schwellspannungskalibrierung von nicht-differentiellen I/O Verbindungen. Somit wurden die beiden zentralen Punkte des Projekts, die Verbesserung der Energieeffizienz und die Erhöhung der Adaptivität von parallelen I/O Schnittstellen, erreicht. Diese bilden zusammen die Grundlage zur Erhohung der Datenrate solcher Schnittstellen, welche durch die systembedingt begrenzte maximale Leistungsaufnahme sowie die Fähigkeit zur Kompensation der Nichtidealitäten der Übertragungsstrecke limitiert ist. Die genauere Phasenanpassung bildet sich direkt auf eine geringere Bitfehlerrate ab, während die eingesparte Energie in anderen Bereichen zur Verbesserung der Adaptivität genutzt werden kann, um so die Bitfehlerrate weiter zu reduzieren. Die Einfachheit und Skalierbarkeit des Phasen-zu-Digital Wandlers bietet außerdem das Potential für weitere Anwendungen, in denen eine effiziente und prazise Phasen- oder Tastgradmessung von hochfrequenten Taktsignalen erforderlich ist.

Publications

• A Low-Power and Area-Efficient Digitally Controlled Shunt-Capacitor Delay Element for High-Resolution Delay Lines, in IEEE Int. Conf. Electron., Circuits and Syst. (ICECS), Dez. 2018
  N. Angeli und K. Hofmann
  
• A Scalable Fully Synthesized Phase-to-Digital Converter for Phase and Duty-Cycle Measurement of High-Speed Clocks, in IEEE Int. Symp. Circuits and Syst. (ISCAS), 2018
  N. Angeli und K. Hofmann
  
• “Schaltungsanordnung und Verfahren zum Ermitteln eines Versatzes zwischen zwei Signalflanken”, DE 10 2017 109 192 A1 (2018)
  Nico Angeli und Klaus Hofmann
  
• A 2.5 GHz All-Digital Multiphase DLL and Phase Shifter in 65 nm CMOS using a Scalable Phase-to-Digital Converter, in IEEE Int. Symp. Circuits and Syst. (ISCAS), Mai 2019
  N. Angeli, O. Bachmann und K. Hofmann
  
• An All-Digital Duty-Cycle Corrector for Parallel High-Speed I/O Links, in IEEE Nordic Circuits and Syst. Conf. (NorCAS), 2019
  N. Angeli und K. Hofmann
  
• Low-Power All-Digital Multiphase DLL Design Using a Scalable Phase-to-Digital Converter, IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers, S. 1–11, 2019
  N. Angeli und K. Hofmann
  
• Fast Digital Clock Calibration of a Differential 6.4 Gb/s/pin Bidirectional Asymmetric Memory Interface, IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Express Briefs, 2020
  N. Angeli und K. Hofmann