0.18μm CMOS基于倍频结构10Gb/s 4：1复接器的设计

摘要

随着信息产业的不断发展，人们需要高速、宽带的互联互通来交互信息，信息高速公路的大规模建设迫在眉睫。光纤通信由于其容量大、传输距离远、节省能源、抗干扰、抗辐射等诸多优点，成为信息高速公路的主体。目前2.5Gb/s速率的高速干线已经成为我国干线通信的主流，10Gb/S的高速干线也将得到推广，成为未来我国信息高速公路的主干。因此开发具有自主知识产权、用于光纤传输的高速集成电路对我国信息高速公路的建设具有重大意义。 复接器是光纤传输接口链路的关键电路之一，其功能是将多路低速数据信号复接成一路高速数据信号。在一般的光纤传输系统中，能给复接器提供的都是子网中的低速时钟，而不是上级网中的高速时钟，因此设计采用倍频结构的复接器具有很重要的现实意义。 论文介绍了使用0.18μm CMOS工艺设计的用于SDH-164速率级别的基于倍频结构的10Gb/s 4：1复接集成电路。复接器采用树型结构，其中时钟通道采用一种新的动态负载技术实现CMOS倍频器，该倍频器的优点是：工作频率高，倍频范围宽，输出摆幅大，但是需要四相时钟作为输入信号。因此文中采用LC正交移相电路获得等幅、同电平、正交的四相信号。为了保证复接器的时序处于最佳状态，时序调整电路也是本设计的一个关键问题，文中对该问题进行了详细的分析。在版图设计方面，充分考虑对称性，尽量减小寄生效应对电路的影响，这些考虑在电路后仿真结果中都得到很好的体现。 测试结果表明：利用0.18panCMOS工艺，采用1.8V电源供电，设计并实现了可用于光纤传输系统SDH STM-64级别的4:1倍频复接器，该电路逻辑功能正确，眼图清晰，芯片面积0.95mm*0.9mm，功耗约为212.4mW。最后提出电路优化方案，给出版图和后仿真结果，版图已经交付台湾TSMC代工制造。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1光纤通信系统

1.1.1光纤通信概述

1.1.2光纤传输系统简介

1.2论文组织

第二章复接原理

2.1同步数字体系(SDH)

2.1.1 SDH的基本概念及其特点

2.1.2 SDH的速率以及帧结构

2.1.3 SDH的复用结构

2.2复接的基本概念

2.2.1频分复用

2.2.2时分复用

2.2.3波分复用

2.3复接器的基本结构

2.3.1串行复接器

2.3.2并行复接器

2.3.3树型复接器

第三章采用倍频结构的复接器设计

3.1复接器系统设计

3.1.1复接器系统概述

3.1.2复接器系统结构

3.2复接器数据通道

3.2.1低速2：1复接单元

3.2.2高速2：1复接单元

3.3复接器时钟通道

3.3.1倍频电路的实现方法

3.3.2动态负载再生倍频电路

3.3.3 LC正交移相电路

3.3.4时钟驱动与输出接口电路

3.4复接器总体仿真

第四章倍频复接器芯片版图设计

4.1版图设计中的几何设计规则

4.2版图设计需要考虑的因素

4.2.1寄生效应

4.2.2版图中的互联线设计

4.2.3叉指晶体管

4.2.4版图的对称性

4.1倍频器版图设计

4.2复接器整体版图设计

4.3版图检查

第五章倍频复接器芯片的实现与测试

5.1无生产线(Fabless)集成电路设计

5.2多项目晶圆(MPW)

5.3倍频复接器测试

5.3.1测试仪器

5.3.2测试步骤

5.4测试结果

第六章电路优化方案

6.1优化考虑

6.2版图设计

6.4仿真结果

6.4.1前仿真结果

6.4.2后仿真结果

第七章总结

致谢

参考文献

附录一眼图

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