基于0.13μm CMOS工艺的5-6.25Gb/s 1.1mW宽带线性均衡器电路的设计与研究

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模拟线性均衡电路是高速串行数据接收器的重要组成模块,它可以补偿信道对信号的高频衰减,消除码间干扰,保证接收器正确接收信号,并具有功耗低、面积小等优点。线性均衡器的主要设计目标,是在低频与信号的奈奎斯特频率之间产生与传输线衰减相匹配的增益增长,使信号的频谱恢复平坦,这要求均衡电路有足够的带宽和高频增益,然而,如今CMOS工艺的发展已越来越无法满足高速数据传输对带宽及增益的需求,这已成为限制系统芯片整体性能的瓶颈。所以,低功耗、宽带线性均衡电路的研究和设计便有着十分重要的价值和意义。  本文首先介绍了传输线的衰减原理,通过理论分析和公式推导,阐述了传输线衰减高频信号的物理机理及主要影响因素,并在HSPICE中建模,对传输线衰减特性进行仿真,为均衡电路的设计提供参照。  然后对高速串行接口中常用的各种均衡方法的工作原理做简要分析,包括发送端均衡、判决反馈均衡、模拟线性均衡及无源器件均衡等,介绍了其各自的技术特点及优缺点,考虑到本文5-6.25Gb/s的应用速度及系统低功耗的要求,选择设计线性均衡电路作为高速串行接收器的模拟前端。  接着,针对线性均衡器的带宽限制问题,本文在充分研究已有扩频方法的基础上,提出了一种新的宽带线性均衡电路。该设计在传统电容电阻负反馈均衡电路的基础上,采用一种新型低功耗、小面积的有源电感消除原电路主极点以拓展带宽、提高高频增益,并引入一对共轭复数极点,进一步增加高频峰值。基于0.13um CMOS工艺的仿真结果显示,新的均衡电路与传统电容电阻负反馈均衡器相比高频增益提高了50%,功耗仅1.1mW。  最后,设计了一种低电压带隙基准源及电压电流转换电路为线性均衡电路提供尾电流偏置。
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