10gbs0.18μcmos光接收機(jī)前端放大器設(shè)計(jì)

1、東南大學(xué)碩士學(xué)位論文10G/bs0.18μCMOS光接收機(jī)前端放大器設(shè)計(jì)姓名：朱永成申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：碩士專業(yè)：電子科學(xué)與技術(shù)；電路與系統(tǒng)指導(dǎo)教師：王志功20110308A b s t r a e tA b s t r a c tW i t h t h e c o n t i n u o u sd o w n - s c a l i n g o f C M O S t e c h n o l o g i e s ，d i g i t a l

2、h i g h - p e r f o r m a n c eI C s ( I n t e g r a t e dC i r c u i t s )g r o w r a p i d l y i ns p e e d , s i z e a n d c o m p l e x i t yf o l l o w i n g ．I t i sr e q u i r e dt h a tt h et r a n s m i s s i o

3、n r a t eb e t w e e n I t s s h o u l da l s oi n c r e a s e ．H o w e v e r , t h ei n c r e a s eo f d a t at r a n s m i s s i o nr a t eo f F O ( I n p u t ／O u t p u t ) i sn o ts u f f i c i e n td u et ot h ei n

4、t r i n s i cd r a w b a c k s o f t r a d i t i o n a le l e c t r o n i ci n t e r - c o n n e c t i o n ，s u c h a sn a r r o w b a n d w i d t h , h i g l l p o w e r c o n s u m p t i o na n dc o m p l e x i t y ．A

5、sn e w c o m m u n i c a t i o nt e c h n i q u e , t h eo p t i c a li n t e r - c o n n e c t i o nh a st h e a d v a n t a g e so fh u g eI r a n s m i s s i o nc a p a c i t y , l o w p o w e rc o n s u m p t i o n ,

6、 s m M l t r a n s m i s s i o nd e l a y , w e l ls e c r e c y , l o w c o s t , a n de r e ．T h u s ，i ti sm o r es u i t a b l ef o r h i i g l ls p e e d d a t at r a n s m i s s i o n ．T h e o p t i c a li n t e r

7、- c o n n e c t i o ni sb e c o m i n g a r e s e a r c hh o t s p o t a l lr o u n d t h e w o r l d ．I na n o p t i c a lr e c e i v e r , t h ep h o t o c u r r e n t i sg e n e r a t e d b yt h e p h o t o d e t e c

8、t o r t h r o u g h o p t o e l e c t r o n i cc o n v e r s i o n ．T h e p h o t o e u r r e n t - t o - v o l t a g ec o n v e r s i o ni sp e r f o r m e d b yt h e t r a n s i m p e d a n c ea m p l i f i e r ( T I A

9、 ) ，a n dt h el i m i t i n ga m p l i f i e r 皿A ) p r o v i d e sa d d i t i o n a lv o l t a g e g a i nf o r t h e s i g n a lt os a t i s f y t h e i n p u ts e n s i t i v i t yo f t h ea t t a c h e dc l o c ka n

10、dd a t a r e c o v e r y c i r c u i t ．A s t h e 丘o n t - e n d a m p l i f i e r so f t h e r e c e i v e r , t h eT I A a n d t h e L A h a v e a g r e a te f f e c to n t h eo v e r a l lp e r f o r m a n c e o f t h

11、 e s y s t e m ．A 1 0 - G b ／sT I A i sd e s i g n e da n df a b r i c a t e db a s e do nS M I C ' sO ．18 一p a n 1 P 6 M R F C M O S t e c h n o l o g y ．I nt h en 凡R G C t o p o l o g yw h i c h c 鋤p r o v i d ea l

12、 o w i 1 | p I I tr e s i s t a n c ea n da b r o a db a n d w i d t h i sa d o p t e dt od e c o u p l e t h ep a r a s i t i cc a p a c i t a n c eo ft h eP D a tt h e i n p u tn o d e ．T h ea c t i v e - i n d u c t a

13、 n c ep e a k i n gi s e m p l o y e dt o e x t e n dt h eb a n d w i d t h o f t h e s i n g l e - t o - d i f f e r e n t i a lc o n v e r s i o n c i r c u i t ．W i t h o u tp a s s i v e i n d u c t o r , t h eT I A

14、o c c u p i e d a d i e a r e ao fo n l y4 7 5 1 衛(wèi)nx 3 3 0 1 a m ．T h e o n - w a f e r t e s tr e s u l t ss h o w t h a ta h i 曲b a n d w i d t h o f 8 ．6G H z w i t hag a i no f 5 7 ．5d B Qa n d a l o w p o w e r - c

15、o n s u m p t i o no f o n l y18 ．2m W i sa c h i e v e d a ta 1 ．8 - Vs u p p l y v o l t a g e ．A n dt h e e y e - d i a g r a m so p e nw e l l a tt h e b i t - r a t e sr a n g e d f r o m 5 t o1 2 G b ／s ．A 10 - G b

16、 ／sL A i sd e s i g n e da l s oi nS M I C ’SO ．18 - 岬1 P 6 Ml 心C M O S t e c h n o l o g y ．A3 r d - o r d e r i n t e r l e a v i n ga c t i v ef e e d b a c k a r c h i t e c t u r ei se m p l o y e d t oa c h i e v e

17、 b r o a d b a n d w i d t h a n de x c e l l e n tg a i nf l a t n e s sw i t h i n t h ee n t i r ef r e q u e n c yb a n & A f t - d o u b l e r o u t p u t b u f f e r w h i c h r e d u c e s t h e c a p a d f i

18、v e l o a d i n g b y h a l f i sa d o p t e d t oa l l e v i a t et h ec o n f l i c t b e t w e e nt h eb a n d w i d t ha n d t h ed r i v i n g a b i l i t y ．S i n c e a c t i v ea m p l i f i e r sa r e a d d e dt

19、o t h e D C —o f f s e tc a n c e l l a t i o n c i r c u i t , t h e o u t p u t D Cv o l t a g e o f f s e t i s e f f e c t i v e l y s u p p r e s s e d ．T h e c h i p a r e a o ft h eL Ai s5 0 0 1 a m x 6 6 0 1 a m

20、w i t h o u t p a s s i v e i n d u c t o r s ．T h em e a s u r e d r e s u l t si n d i c a t et h a tt h eL A c a n o p e r a t e u pt od a t a r a t e so f 1 2G b ／s ，g e n e r a t i n g3 2 0m V p - p s i n g l ee n d

21、 o u t p u t v o l t a g e a c r o s sa 5 0 - f 2 l o a da n da p o w e r c o n s u m p t i o n o f 1 3 8m W a ta 1 ．8 一Vs u p p l yv o l t a g e ．T h eL A a c h i e v e sa b a n d w i d t h o f 9 G r t z , w i t h a g a