FTTH光模塊集成電路設(shè)計與驗證.pdf

1、隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展，光纖到戶越來越成為通信領(lǐng)域的熱點。本文提出一套用于FTTH (Fiber To The Home) 光收發(fā)模塊集成電路的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和電路實現(xiàn)，并加以完備的仿真和驗證，以構(gòu)建一個完整的光纖到戶光收發(fā)模塊系統(tǒng)。 論文首先介紹了FTTH (Fiber To The Home)的基本概念及應(yīng)用背景，經(jīng)過詳細的對比和分析，選定EPON (Ethernet over Passive Optical Network) F

2、TTH 作為本文遵循的通信協(xié)議作為突發(fā)模式光模塊設(shè)計的目標。 在分析各類光通信收發(fā)模塊的特性和要求以及部分光通信收發(fā)模塊產(chǎn)品的不足的基礎(chǔ)上，論文提出一種EPON 突發(fā)光模塊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和電路實現(xiàn)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)無論是OLT (Optical Line Terminal)端還是ONU(Optical Network Unit)端的光模塊都具有時鐘與數(shù)據(jù)恢復(fù)(CDR, Clock and Data Recovery)功能，同時又不需要任何外

3、界的伺服信號，這能大大簡化整個光通信系統(tǒng)的設(shè)計。 論文提出的光模塊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的光信號接收最前端為光前置跨阻放大器。論文對光前置放大器做了理論上的參數(shù)分析。隨后提出一種用于EPON FTTH 的帶自動增益控制（AGC）的突發(fā)模式跨阻放大器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和電路實現(xiàn)，并分析了構(gòu)成該系統(tǒng)的各個電路子模塊的設(shè)計思路和工作原理。針對連續(xù)模式和突發(fā)模式的電路仿真表明，這種突發(fā)模式跨阻放大器系統(tǒng)的性能指標符合設(shè)計要求。 為了將光前置放大器輸出的

4、微弱電壓信號轉(zhuǎn)化為固定的電壓信號，論文提出了一種帶信號檢測功能的限幅放大器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和電路實現(xiàn)。這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)能夠自動檢測輸入信號的失效，當輸入信號失效時可以選擇關(guān)閉輸出信號，以免噪聲被放大后傳到后級。本文隨后分析了構(gòu)成該系統(tǒng)的各個電路子模塊的設(shè)計思路和工作原理，并給出了符合設(shè)計要求的仿真波形。 對于光模塊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)送方向，論文提出了一種功能完備的產(chǎn)品化的激光驅(qū)動器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和電路實現(xiàn)。這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)有自動平均發(fā)光功率控制及溫度補償

5、的功能。其中各項控制及補償?shù)膮?shù)都可以由用戶自行設(shè)置。本文隨后分析了構(gòu)成該系統(tǒng)的各個電路子模塊的設(shè)計思路和工作原理，并給出了符合設(shè)計要求的仿真波形。 論文還提出了一種不需要外部參考時鐘的時鐘產(chǎn)生和數(shù)據(jù)恢復(fù)電路系統(tǒng)和電路實現(xiàn)。當系統(tǒng)工作于突發(fā)模式時，只要環(huán)路有鎖定的情況發(fā)生，則鎖定的頻率點將保存在環(huán)路濾波電容中，保證了對于有效信號組信號相位的快速鎖定。為了盡可能減小時鐘產(chǎn)生和數(shù)據(jù)恢復(fù)電路的相位誤差，本文設(shè)計了一種自平衡電荷泵電路，

6、從電荷平衡的角度出發(fā),自身產(chǎn)生偏置電流，解決了鎖相環(huán)電荷泵的失配問題，得到了趨近于零的相位誤差。最后的仿真和分析結(jié)果表明，本系統(tǒng)的技術(shù)指標完全符合設(shè)計的要求。 在芯片的物理設(shè)計與實現(xiàn)方面，論文介紹了CMOS 和BiCMOS 兩種常用集成電路制造工藝的特點，并根據(jù)各個集成電路設(shè)計要求的不同，分別選擇了合適的制造工藝。隨后討論了集成電路的版圖設(shè)計和靜電放電（ESD）保護電路設(shè)計，并提出了一種應(yīng)用于突發(fā)模式光模塊的系統(tǒng)驗證方法。系統(tǒng)驗