CMOS超高速并行光接收机前置放大器阵列设计

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随着信息传输的爆炸式发展,一个在全球范围内的宽带网络建设浪潮正势不可挡。传统的芯片间电互连存在带宽受限、串扰严重、功耗过高等问题,不能满足大容量数据传输、新一代通信设备、高性能计算机等方面的系统应用需求。光互连作为一种新的互连方式,具有带宽高、功耗低、延迟小、抗干扰等许多电互连不可比拟的优点。因此,开发具有自主知识产权、用于高速芯片间光互连的集成电路,对我国的信息化建设具有重大的意义。   在高速芯片间光互连系统的几个功能电路中,光接收机中的前置放大器是一个关键电路,其性能在很大程度上决定了整个光接收机的性能。本论文的任务是设计适用于芯片间光互连的12通道超高速并行光接收机前置放大器阵列。   在光纤通信系统中,前置放大器的作用是将光检测器输出的微弱电流信号放大并转换成电压信号,而跨阻放大器是广泛被采用的一种结构。在几种跨阻放大器实现方案中,RGC结构具有输入电阻小、频带宽和偏置稳定的优点,适用于超高速光纤通信系统。因此本论文采用该结构设计超高速前置放大器阵列。采用有源电感并联峰化技术来拓展电路的带宽,同时使电路尺寸适用于高密度版图通道。   采用中芯国际(SMIC)提供的0.18μm CMOS工艺库文件,并使用Cadence SpectreR电路仿真软件,对应用于高速芯片间光互连的并行光接收机前置放大器阵列进行了仿真。后仿真结果表明,单路超高速光接收机前置放大器的中频跨阻增益为47.0dBDΩ,-3dB带宽为8.8GHz。流片后的在片测试结果显示,在1.8V单电源供电下,单路超高速光接收机前置放大器可以正常工作在5~10Gbps的数据速率上,功耗为19.1mW。包含超高速前置放大器阵列的光接收机前端放大电路能够正常工作在5Gbps的数据速率下,其中的超高速前置放大器阵列功耗为167.4mW。   论文按照电路设计、版图设计、工艺流片到最后的芯片测试的顺序详细介绍了上述电路的设计过程、仿真过程、仿真结果、测试方案及测试结果。
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