PAM-4 고속 직렬 통신용 ADC 기반 비동기식 온-다이 아이모니터를 위한 전디지털 심볼 주파수 추정기법 (A Full-digital Symbol Rate Estimation Method for an On-die ADC-based Asynchronous PAM-4 Link Eye Monitor)

서지정보

· 발행기관 : 대한전자공학회
· 수록지 정보 : 전자공학회논문지 / 58권 / 9호 / 3 ~ 10페이지
· 저자명 : 노성원, 김진태

초록

본 논문에서는 고속 직렬 통신에서 사용되는 ADC 기반의 PAM-4 비동기식 온-다이 아이모니터(Eye Monitor)를 위한 새로운 심볼 주파수 추정 및 아이다이어그램(Eye-Diagram) 복원방법에 관하여 소개한다. 고속 직렬 통신에서는 비트 에러율(Bit-Error Rate, BER)의 확보를 위해 신호의 품질을 확인하는 것이 매우 중요한데, 이를 확인하기 위해 온-다이 아이모니터가 주로 사용된다. 본 논문에서 제안하는 비동기식 아이모니터는 NRZ신호만을 입력받는 기존의 아이모니터와는 다르게 PAM-4 신호를 입력받아도 아이다이어그램을 쉽게 복원할 수 있다. 제안하는 새로운 심볼 주파수 추정방법은 심볼 주파수와 추정회로 출력 값의 선형적 관계를 이용하여 주파수 추정 오차를 최소화하였으며 기존 논문이 제시하는 주파수 추정방법에 비해 보다 정확히 심볼 주파수를 추정할 수 있다. 동작모델링을 통해 비교해본 결과 기존 논문의 방법으로 구한 추정 주파수의 오차율 평균은 0.8198%지만 제안하는 아이모니터의 방법으로 추정한 주파수의 오차율 평균은 0.0272%로, 기존 논문에 비해 주파수 추정 오차율을 약 30배가량 줄여 더 정확하게 주파수를 추정하였다. CMOS 28nm 공정으로 설계한 아이모니터는 56Gbps에서 약 9.3mW의 전력을 소모하는 것을 SPICE 시뮬레이션을 통하여 검증하였다. 이는 동기식 아이모니터를 위해 필요한 PAM4 수신기의 전력 소모인 370mW보다 매우 적은 수치로 전력소모 측면에서도 매우 효율적임을 검증하였다.

영어초록

In this paper, we present an asynchronous on-die eye monitor based on a wideband ADC for high-speed serial link as well as a new method of estimating symbol frequency with a software-based eye diagram reconstruction. The on-die eye monitor is often used to check the signal quality, which is very important to secure low-enough BER(Bit-Error Rate) for high-speed serial links. Compared to previous eye monitors which can only carry NRZ data stream, the proposed eye monitor can measure signal quality with incoming PAM-4 data stream. Moreover, we propose a new method of estimating symbol frequency that improves the frequency estimation error using the linear correlation between the output of estimation circuit and symbol frequency. The average symbol frequency estimation error obtained from behavioral simulation reduces from 0.8198% to 0.0272% by using the proposed method. Therefore, we can estimate frequency more precisely by using the new method. We verified the operation of proposed eye monitor circuit designed in 28nm CMOS using SPICE simulations. The full eye monitor consumes about 9.3mW when running with 56Gbps PAM-4 input stream, which is very low compared to the power consumption of the full 56Gbps receivers that are published recently.

참고자료

· 없음