Générateur distribué d'horloge pour puces globalement et localement synchrones de grande taille

• Main Author: Shan, Chuan
• Other Authors: Paris 6
• Language: en; fr
• Published: 2014
• Subjects: Synchronisation; PLL tout numérique; SoC; On-Chip test; Caractérisation des erreurs de phase; Réseau des oscillateurs couplés; Synchronization; 621.381
• Online Access: http://www.theses.fr/2014PA066623/document

Cette thèse aborde le problème de la synchronisation globale de grand système sur puce (SoC). Il est centré sur l'étude d'une technique de remplacement de la distribution d'horloge classique et d'une communication asynchrone. Il permet la mise en œuvre de circuit synchrone très fiable. Mon projet de thèse vise à étudier et mettre en œuvre un vaste réseau (10x10) de boucle à verrouillage de phase tous numérique (ADPLL), contenant 100 nœuds générant une horloge pour chaque circuit numérique local. Le prototype a été réalisé sur les horloges de génération de silicium dans la gamme de 903-1161 MHz. Elle met en évidence une erreur de phase maximale de moins de 40 ps entre deux horloges dans toutes les zones voisines. Un autre résultat important est l'analyse de l'erreur de phase entre les deux oscillateurs non-voisins dans la distance. En étudiant un prototype FPGA du réseau, on a obtenu que l'erreur de phase maximale à l'état d'équilibre entre un signal d'horloge et le signal de référence est inférieur à trois étapes des étapes de quantification PFD. Afin de valider les performances de la synchronisation dans ASIC, nous avons conçu un circuit d'une erreur de mesure sur la puce d'horloge. Ce circuit a un taux faible de la lecture hors puce (quelques MHz), et une résolution élevée (+ -2,5 ps). Reconfiguration constitue une autre caractéristique intéressante. Nous avons exploré cette fonction et a proposé une nouvelle topologie avec des configurations différentes pour les nœuds sur la frontière et dans le noyau du réseau. Cette topologie présente un avantage en interdisant la propagation des erreurs de phase et de réflexion. === This thesis addresses the problem of global synchronization of large system on chip (SoC). It focuses on the study of an alternative clock generation technique to conventional clock distribution and asynchronous communication. It allows implementation of highly reliable synchronous circuit. My PhD project aims to study and implement a large network (10x10) of all digital phase-locked loop (ADPLL), containing 100 nodes generating a clock for each local digital circuitry. The prototype was implemented on silicon generating clocks in the range 903-1161 MHz. It highlights a maximum phase error of less than 40 ps between two clocks in any neighboring zones. Another important result is the analysis of phase error between two non-neighboring oscillators in distance. By studying an FPGA prototype of the network, we obtained that maximum phase error at steady state between any clock signal and the reference signal is less than three steps of the PFD quantification steps. In order to validate the performance of synchronization in ASIC, we designed an on-chip clocking error measurement circuit. This circuit has a low rate for the off-chip readout (several MHz), and a high resolution (+-2.5 ps). Reconfigurability is another attractive feature. We have explored this feature and proposed a novel topology with different configurations for nodes on the border and in the kernel of the network. This topology has an advantage in prohibiting phase error propagation and reflection.