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CMOS图像传感器高速接口收发器设计

曲振华  
【摘要】:Ser Des(Serializer/Deserializer,序列化器与反序列化器或者串行器和解串器)是一种时分多路复用(TDM)、点对点(P2P)的串行通信技术。即在发送端多路低速并行信号被转成高速串行信号,经过传输媒体(光缆或铜线),最后在接收端高速串行信号重新转换成低速并行信号。该项技术充分利用了传输媒体的信道容量,减少所需的传输信道和器件引脚数目,从而大大降低通信成本,因此成为高速串行接口设计的主流方案。本课题在对多种Ser Des架构进行深入理解的条件下,从所要解决的实际应用问题角度出发,根据系统设计目标确定了合适的Ser Des结构,最终设计并实现一种能够应用于图像传感器系统高速串行通信接口的收发器电路。CMOS图像传感器高速串行接口收发器发送端包括并串转换模块、驱动模块、时钟控制模块、及其外部偏置模块等。其中,并串转换模块将编码后的10位并行信号转换为1位串行信号,最终通过接口驱动电路将其高速差分地传输到其他外部系统并被接收器接收。本文介绍了几种常见的高速Ser Des发送端驱动电路结构、阐明了工作原理、分析了各自的优缺点。此外,对并串转换结构和模块内的基本单元电路TSPC触发器结构进行了分析和总结。本论文所设计的Ser Des发送器驱动电路基于SLVS(Scalable Low-Voltage Signal)结构,相比于CML(Current Mode Logic)降低了功耗而且不使用电感,相比传统LVDS(Low-Voltage Differential Signaling)进一步降低了输出差分信号的共模电压,也进一步降低了输出电流减少功耗,采用负反馈技术实现共模电平控制,在核心驱动电路部分通过模型等效分析的方法进行结构化简,减少了晶体管数量,完成驱动电路的设计。采用SMIC 0.18μm标准CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)工艺,设计出一种基于SLVS驱动结构的高速接口发送端电路并完成接收器电路设计。在对划分出的各模块电路的充分分析之后进行具体电路设计。通过前仿,分别验证了发送端各模块、整体电路以及接收器的设计合理性,可以实现接收并处理1.25GHz差分时钟信号和2.5GHz数据信号,然后进行版图绘制和后仿。设计指标输出直流差分电平,输出交流差分峰-零值电平,输出直流共模电平,驱动电流等参数均满足协议要求和系统目标需求。


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