10gb%2fs+0.18μm+cmos限幅放大器设计

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1、东南大学硕士学位论文10Gb/s0.18μmCMOS限幅放大器设计姓名：吴军申请学位级别：硕士专业：电路与系统指导教师：王志功20100301摘要光互连通信作为一种新的互连方式，具有带宽大、功耗低、延迟小及抗干扰能力强等许多电互连不可比拟的优点。随着计算机处理器性能的不断增强，芯片间的数据传输速率不断提高，光互连技术已经成为解决大容量数据传输系统、新一代通信设备和高性能计算机中高速芯片间互连通信瓶颈的关键技术之一。限幅放大器的作用是将由跨阻放大器(rtA)产生的微小电压信号放大到时钟恢复电路(CDR)能够正常工作的电压幅度上，因而它必须具有宽输入动态范围

2、、高增益、高速率等特性．本文详细说明了限幅放大器的设计要点及关键性能指标；介绍了限幅放大器的完整设计流程、版图设计要点及仿真结果；分析总结了几种直流偏移消除电路的优点及不足，并对其进行了改进：还分析了各种宽带放大器的原理及其性能限制，从而设计合适的带宽扩展结构以满足系统指标要求．本文采用中芯国际(SMIC)0．18pmIP6MMixed-signalCMOS工艺设计实现了应用于芯片间光互连的10Gb／s限幅放大器．该放大器采用了带有级间反馈的三阶有源负反馈放大电路作为基本放大单元，使得该限幅放大器在不使用无源电感的情况下，得到了足够的带宽以及频率响应平坦

3、度。该放大器同时采用了改进的直流偏移消除电路来抑制输出端的直流偏移。并采用后倍增器作为输出缓冲加强放大器的输出驱动能力。本文设计的限幅放大器芯片在东南大学射频与光电集成电路研究所进行了测试。测试结果表明，该电路能够工作在10Gb，s速率上，差分输入信号峰峰值为10mV时，输出眼图张开良好，输出的峰峰值电压为650mV，能够满足STM-64眼图模板的要求。直流偏移消除电路性能良好，输出端直流电压偏差为4mV。该电路采用1．8V电源供电，功耗为171mW。由于没有使用片上电感。其核心面积为500pm×250“m，芯片的所有器件均为片上集成，适用于阵列设计．【

4、关键词】限幅放大器，CMOS，有源负反馈，级间反馈AbstractAsanewcommunicationtechnique，opticalinter=connectionhastheadvantagesofhighbandwidth，lowpowerconsumption，smalltransmissiondelayandanti-interferenceetc．whatdonotownbytraditionalelectricalinter-connection．Wi廿1continuouslyadvancedperformanceofCPUs(cen

5、tralprocessingunits)ofcomputers，thetransmissionspeedbetweenCPU-chipsisalsogrowing,opticalinter-connectionhasbecomethekeytechniquethatCallsolvethecommunicationbottlenecksoftheelectricalintercoanectionofultra-hi【ghspeeddatatransmissionsystemsandcomputersystenxs．nlemainfunctionofali

6、mitingamplifieristoamplifythesmallvoltagesignalgeneratedbyalTans—impedanceamplifier(_nA)tothelevelthatcanbehandledbyaclockanddatarecoverycircuit．Sothelimitingamplifiermusthavethecharacteristicsofawideinputdynamicrange，ahi曲gain,andahighspeed．Thisthesisdescribedthedesignessentialso

7、fsuchalimitingamplifierindetails．newholedesignprocess，layoutdesignoutlines，andsimulationresultswillbealsopresented．Severaloffsetcancellationcircuitswillbeintroduced．Someimprovementshavebeenmade。Properbandwidthexpansiontechniques玳implementedtomeetthesystem’Shighspeedrequirementaft

8、eranalyzingprinciplesandperformancerestr