随着信息技术的不断发展,数据信息越来越庞大,人们对信息传输速率的要求也越来越高。此外,全球IC设计水平的不断提高、CMOS制造工艺的飞速发展,使得芯片复杂程度、工作频率越来越高,数据位数越来越多。鉴于以上种种原因,高速数据传输接口在计算机通信技术的发展中越来越重要,甚至成为高速通信技术发展的瓶颈。在芯片间高速数据的传输中,传统的并行通信方式由于每条信号路径的延时不一样,在数GHz时钟频率时不同信号路径上的数据同步困难,同时由于封装技术发展缓慢,每一个芯片引脚都是宝贵的,并行通信方式在高速数据同步和芯片引脚数目上都面临巨大的困难,因此串行传输的通信方式变得日趋流行。作为数据高速串行传输的接口,SerDes电路的设计研究显得日益重要。由于人们的需求不断提升,对SerDes电路的速度要求越来越高。而时钟数据恢复电路（Clock and Data Recovery Circuit,CDR）作为高速SerDes的关键电路,其工作速率和恢复数据时钟的能力决定整个SerDes的性能。因此,对CDR电路的研究极为重要,对提高数据传输速率以减少对芯片性能的限制、提升用户体验至关重要。本文对CDR电路展开了研究设计,分析了多种CDR架构,选取了一种适合高速SerDes的PS/PI型CDR架构。从锁相环的传输函数、锁定精度和噪声模型三个方面,系统分析作为CDR核心结构的锁相环的设计原理。其中主要包含二阶二类环路滤波器、与锁定精度相关的稳态相位误差和瞬态响应、锁相环的噪声传输模型。对锁相环的系统架构和设计原理有深入的了解。基于以上理论分析基础,本文基于40nm CMOS工艺对CDR进行了设计。CDR的设计内容主要包含十二相时钟压控振荡器、PS/PI电路、解串电路和分频器的设计。本文的设计特点为采用了反相器环形振荡结构实现十二相时钟,相较于传统的反相器单环形振荡器,其时钟频率提高了50%,同时能产生正交的四相时钟。相较于LC型振荡器,由于没有使用电感电容,因此版图面积小,制造成本更低,同时因为频率受灌入电流影响大,因而具有很大的调频范围;相较于差分环形振荡器,由于反相器没有静态功耗,因此节省了很大功耗。且输出为十二相时钟,相较于传统的八相时钟,具有插值线性度高、精度高的特点。本文对采样数据进行了降频使之满足鉴相器和数字滤波器的工作速率要求,先1:2分频、再1:5分频,分频的时钟用于控制解串器解串,节省了解串器中D触发器的数目,从而节省了版图面积和功耗。