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高能物理实验是研究高能碰撞粒子特性的基础性实验,其实验中的强辐射环境和每秒千万次的粒子碰撞所带来的海量数据信息给探测器前端电子学数据传输系统的设计带来了严峻挑战。光通讯技术以传输速率快、稳定性高、抗干扰能力强等特点逐渐成为探测器前端数据传输的主流技术选择,具有高集成度、高带宽以及抗辐照强等优势的光纤数据传输芯片是光通讯系统中的核心部件。然而,目前市场上的光纤数据传输芯片不具备抗辐照能力,且该类芯片几乎被国外垄断,并对国内长期禁运,因此研究开发出能满足上述需求的光纤数据传输芯片极为迫切。本文主要研究工作是针对强辐射、高密度的数据传输背景,研究开发出一款14Gb/s单通道光纤数据传输芯片,芯片集驱动和接收模块于一体,配合TOSA(光发送组件)和ROSA(光接收组件)实现光-电信号的相互转换,旨在解决高能物理实验前端探测器数据高速传输的问题。其具体研究内容和创新点体现在以下几方面:1.在光驱动模块设计中:输出驱动级采用电容耦合预加重的新颖结构,实现了预加重效果,减小了寄生参数带来的高频信号衰减,改善了输出眼图的质量,弥补了传统的预加重电路以牺牲低频增益为代价获得预加重的缺陷。后仿真结果表明:在输入差分200mV、14Gb/s的PRBS7信号,输出眼图电流为2mA～7mA时,眼图的抖动为4.14ps。2.在光接收模块设计中:输出缓冲级采用共享电感技术和CTLE结构的预加重技术,提高了模拟带宽并改善了眼图质量。后仿真结果表明:TT27℃条件下AC模拟带宽提高了约2GHz;在输入差分200mV、14Gb/s的PRBS7信号,输出差分电压幅度为740mV时,瞬态眼图的抖动为3.45ps。3.在光驱动和光接收模块设计中:输入级均采用CTLE结构的均衡电路来补偿由传输线、绑定线、输入PAD等寄生参数带来的高频信号衰减,且设计了不同的均衡档位来应对不确定的实测环境,提高了信号带宽;限幅放大级中采用共享电感结构,相比于并联电感结构减小了面积,进一步提高了带宽,且引入有源反馈电路,克服了不同工艺角和温度组合下的增益带宽波动。4.在芯片的抗辐照性能优化中:芯片采用SMIC 55nm RF CMOS国产工艺且使用单指宽度更宽的插指结构MOS管设计,减小了总剂量效应的影响,实现了对模拟电路的辐照加固;数字I2C模块采用三模冗余的电路拓扑结构,克服了单粒子翻转效应,实现了对数字逻辑电路的辐照加固。目前,芯片已完成设计,整体面积:1666um×1545um,包括36个PAD;且进行了完备的后仿真,结果表明,在输入差分200mV、14Gb/s的PRBS7信号下,光驱动与光接收模块输出眼图抖动分别为4.14ps和3.45ps,芯片总功耗低于90mW,达到了预期目标;芯片GDS已生成并准备递交代工厂,后续将安排流片和实测。