今天想來聊一下芯片設計中的一個重要macro——PLL，全稱Phase lock loop，鎖相環。我主要就介紹一下它是什么以及它是如何工作的。

芯片的時鐘可以自己產生，可以由幾個反相器接在一起構成一個簡單的振蕩器產生時鐘，它的頻率可以到很快的速度，但是時鐘周期卻沒那么固定，一會快一會慢的。

而從芯片外面來的晶振一般具有穩定的時鐘周期，但頻率只能是在兆赫茲的量級。PLL就是利用外部晶振作為參考時鐘，來輸出一個周期穩定的高頻率的時鐘，這個時鐘供芯片的時序電路使用。

可以說PLL是整個芯片的源頭，從PLL出來的時鐘我們認為就是干凈的、后端可以直接用的時鐘了。

最基本的PLL構成如下：它有一個最主要的元件——壓控振蕩器VCO，VCO的振蕩頻率是隨著輸入電壓變化的，它的輸出就是整個PLL的輸出，也就是我們最終拿到的時鐘。

而VCO的輸出也會由一個反饋電路接回PLL，經過除頻電路得到一個與外部晶振頻率差不多的時鐘信號，而后比較他們二者的相位。

如果晶振相位稍快，就把VCO輸入電壓調低，如果晶振相位稍慢，就把VCO輸入電壓調高，這樣就可以根據輸入晶振反饋調整VCO的輸出，從而得到穩定的高頻時鐘信號。

這只是PLL基本思想，實際實現起來，需要有一個電荷泵調整VCO的輸入，而VCO的輸入也需要濾掉諧波，如果不過濾的話反映到最終時鐘上就是時鐘抖動了。

從上面的簡單介紹就可以看出，PLL是一個模擬器件，所以他本質上對噪聲和干擾特別敏感，現在做PLL的重要課題之一就是如何減弱噪聲影響。

一般后端在物理實現的時候，也會對PLL做額外的特殊照顧，盡量減弱干擾。PLL就類似芯片中的心臟，用以供給跳動的時鐘。

但是在數字電路中照顧模擬器件的噪聲干擾是十分復雜、困難的一件事，需要考慮很多東西。首先在PLL內部，就需要采用類似差分電路的方法來做VCO，當然這是最基本的，但是更多方法我也不太了解。

在PLL外面，我們也會加很大的blockage，還有加很強壯的shielding等，PG供電也是怎么強怎么來，還有等等一系列額外的QoR檢查、ESD檢查等。總之一句話，就是會犧牲很大的代價也要把PLL的抗噪聲做好。