基于0.18um CMOS RF工艺的宽带限幅放大器设计

摘要

近年来，随着互联网应用的普及，人们对信息量的需求越来越大，光纤通信逐渐应用于宽带用户的接入端领域。限幅放大器作为光纤通信中光纤接收机的关键器件，其决定了接收机的灵敏度、带宽等重要参数，影响着整个光纤通信系统的性能。因此自主设计高性能的单片限幅放大器具有重要的意义。 本文基于TSMC0.18um CMOS RF工艺，采用有源反馈、电容中和、Ft倍频器等技术的混合结构设计出满足实际应用要求的高性能单片限幅放大器芯片。该混合结构可在不增加芯片额外功耗与版图面积下，有效地拓展芯片带宽。同时根据产品对低功耗的应用要求，芯片内部集成了信号丢失检测模块，其可根据使用环境关断开启输出缓冲单元，能够有效降低限幅放大器的静态功耗。另外考虑到芯片版图设计以及芯片制造过程中可能产生的失配，芯片集成了直流失调补偿模块，有效地补偿失配对芯片造成的不利影响。 经Hspice后仿真后结果表明，本文设计的限幅放大器的最小输入电压幅度小于ImV，中频增益为50.4dB，-3dB带宽为5.2GHz，在1.8V供电电压下静态功耗仅为71mW，动态功耗为91mW，能够满足光纤通信4.25GBPS速率标准下的应用要求，并向下兼容2.125GBPS、1.0625GBPS等速率。该芯片的整体版图面积仅为0.6×0.4mm2(包括ESD、PAD)，很好地实现了高性能低成本的芯片研发要求。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1光纤通信、光接收机

1.1.1光纤通信系统简介

1.1.2光接收机简介

1.2主放大器研究的关键技术及其研究现状

1.3本论文研究工作的重点和论文章节安排

第二章限幅放大器关键技术原理

2.1反比例级联

2.2分布式放大器

2.3利用零点增大带宽

2.3.1电感峰值

2.3.2电容峰值

2.4 fT倍频器

2.5电容中和

2.6 Cherry-Hooper结构

2.8有源反馈

2.9技术对比与分析

2.10本章小结

第三章限幅放大器前端分析与设计

3.1电路系统设计

3.1.1系统拓扑设计

3.1.2系统性能要求

3.2单元电路设计

3.2.1偏置电路

3.2.2放大单元

3.2.3输入缓冲与直流失调补偿

3.2.4输出缓冲

3.2.5信号检测比较

3.2.6静电泄放

3.3本章小结

第四章电路前端实现与仿真分析

4.1单元实现与仿真分析

4.1.1偏置电路

4.1.2放大单元

4.1.3输入缓冲与直流失调补偿

4.1.4输出缓冲

4.1.5信号检测比较

4.2整体仿真

4.3本章小结

第五章版图设计与后端验证

5.1设计流程

5.2一般原则与设计要点

5.3芯片版图设计

5.3.1 PDK的介绍

5.3.2半定制设计

5.4版图物理验证

5.4.1设计规则检查(DRC)

5.4.2版图网表一致性检查(LVS)

5.5后仿真分析与验证

5.6本章小结

第六章总结与展望

参考文献

本人硕士期间发表的文章

致 谢