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《东南大学》 2004年
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超高速并行光接收机电路设计

胡艳  
【摘要】:随着Internet的迅猛发展,人们对信道带宽的要求呈爆炸性增长。越来越多的网络设备如Router、ATM、光交叉连接设备(OXC)以及DWDM等被置于运营商的同一个机房中。由于超高速数据连接的需要,这些设备之间一般采用光互联,并且连接距离较短(600m以内)。因为长距离光传输技术成本较高,所以在短距离内采用长距离光传输技术显然不合适。而具有较高性价比的甚短距离(VSR)光传输技术是这种应用情况下的最好选择。 在用于光纤传输系统的几个功能电路中,构成光接收机电路的前置放大器、主放大器和和时钟恢复电路是三个关键电路。 作为光接收机的关键部分,前置放大器的性能在很大程度上决定了整个光接收机的性能。在高速光纤传输系统中,广泛采用跨阻型前置放大器。本文基于TSMC 0.25μm CMOS工艺对跨阻前置放大器进行噪声分析和优化,通过理论分析优化输入晶体管尺寸获得最小的等效输入噪声电流,并通过实际的电路模拟加以验证。 主放大器有两种实现方式:自动增益控制放大器和限幅放大器。由于限幅放大器具有设计简单、功耗低、芯片面积小和外接元件少的优点,本文选择限幅放大器的形式来实现光接收机的主放大器。本文采用0.25μm CMOS工艺实现了速率高达5Gb/s的低功耗限幅放大器。其基本放大单元采用有源电感负载扩展带宽,且采用直接耦合技术降低功耗。 时钟恢复电路(CRC)从主放大器输出数据信号中提取出时钟信号供数据判决和后续电路使用。用于光纤传输系统的CRC必须满足抖动要求。如果用简单的锁相环(PLL)来满足这一要求的话,将意味着非常窄的环路带宽和非常小的锁定范围。本文设计的1.25Gb/s CRC,除了相位检测之外引入了频率检测来弥补传统时钟恢复电路捕获范围和抖动的矛盾。 芯片尺寸、功耗的不断减少和芯片成本的不断降低是集成电路设计的目标。本文单片集成了适用于VSR4-1和VSR4-3系统的并行光接收机前端放大电路。 文章按照电路设计、版图设计、工艺流片到芯片测试的顺序详细介绍了上述电路的设计过程及最终的测试结果。全部电路经模拟验证符合设计要求,并送交芯片制造厂商流片。所得样片,经初步测试,性能良好。
【学位授予单位】:东南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TN851

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