超高速單片集成光接收機(jī)電路研究.pdf

1、光纖通信由于其一系列的優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為信息高速公路的骨干。鑒于信息傳輸?shù)谋ㄐ园l(fā)展和產(chǎn)品化后高可靠性、低成本的要求，本文對(duì)光纖通信系統(tǒng)中的光接收機(jī)電路從高集成度和高速率兩個(gè)方向進(jìn)行深入地分析和研究。 在詳細(xì)地分析比較了光接收機(jī)中各模塊電路的工作原理和電路結(jié)構(gòu)后，首先采用0.25μm CMOS工藝實(shí)現(xiàn)了一個(gè)SDH STM-16級(jí)別(2.5Gb/s)的高集成度的光接收機(jī)芯片。為使得光接收機(jī)電路的抖動(dòng)滿足ITU-T建議規(guī)定的抖動(dòng)指標(biāo)，采

2、用了一種環(huán)路參數(shù)優(yōu)化的方案。為實(shí)現(xiàn)高集成度，芯片采用了一種特別設(shè)計(jì)的電荷泵鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)，使其同時(shí)具有時(shí)鐘恢復(fù)、數(shù)據(jù)判決和1:2分接的功能。本文還提出了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能夠消除系統(tǒng)相位誤差的時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)電路中的超前滯后鑒別結(jié)構(gòu)(己申請(qǐng)專利)。測(cè)試結(jié)果表明該芯片各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平，可以應(yīng)用在符合SDH STM-16標(biāo)準(zhǔn)的光纖通信傳輸系統(tǒng)中。 采用0.18μm CMOS工藝實(shí)現(xiàn)了光纖傳輸系統(tǒng)SDH STM-64級(jí)別(10Gb

3、/s)時(shí)鐘恢復(fù)中的鎖相環(huán)芯片。采用一種對(duì)稱的、用兩異或門結(jié)構(gòu)的鑒頻鑒相器來(lái)消除系統(tǒng)相位誤差，還特別設(shè)計(jì)了能獲得正交時(shí)鐘輸出的5GHz雙延時(shí)路徑振蕩器和LC環(huán)形振蕩器。模擬結(jié)果表明該鑒頻鑒相器使得鎖相環(huán)的鎖定時(shí)間比文獻(xiàn)能檢索到的其它類型的改進(jìn)結(jié)構(gòu)的鎖定時(shí)間縮小到十分之一以下。芯片的最終測(cè)試結(jié)果表明該鎖相環(huán)具有鎖頻范圍寬、輸出相位噪聲性能好和功耗低等優(yōu)良指標(biāo)。 本文最后利用最新獲得的德國(guó)IHP 0.25μm SiGe BiCMOS工

4、藝，研究在更高的80Gb/s速率上設(shè)計(jì)光接收機(jī)中的1:2分接器電路。針對(duì)現(xiàn)有的測(cè)試條件，設(shè)計(jì)了能夠驅(qū)動(dòng)大負(fù)載的高增益大帶寬的時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)電路。運(yùn)用超高速電路中可以利用的傳輸線理論設(shè)計(jì)相應(yīng)的匹配網(wǎng)絡(luò)，解決超高速信號(hào)的輸入輸出匹配以及芯片內(nèi)部信號(hào)間的匹配問(wèn)題。通過(guò)瞬態(tài)分析，該芯片能夠在超過(guò)80Gb/s上得到令人滿意的模擬結(jié)果。該芯片如果設(shè)計(jì)成功將成為目前國(guó)內(nèi)速率最高的集成電路。 本論文的研究做出了多項(xiàng)創(chuàng)新性工作，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)在實(shí)現(xiàn)高集成度