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基于GaAs工艺的光通信用新型超高速分接器集成电路研究

2020-11-23阅读(774)

基于GaAs工艺的光通信用新型超高速分接器集成电路研究

论文摘要

为了满足人们日益增长的数据通信的需求,现在10Gb/s的通信系统已经不足敷用,研发具有自主知识产权的40Gb/s数字通信集成电路迫在眉睫。在详细地介绍和分析了各种分接器性能的优缺点之后,提出了一种结构简单、低功耗并且适合超高速工作的新型1:4分接器结构(已申请专利)。,本文以设计为主线,全面详尽地分析采用法国OMMIC公司0.2μm GaAs PHEMT工艺设计、实现和测试一个40Gb/s 1:4分接器芯片的等各个环节。采用并联峰化电感补偿技术可以很好地拓展放大器的带宽,推拉式有源跟随器的采用进一步拓展了它的带宽。超高速锁存器和触发器是分接器的核心子电路,采用分析静态分频器自谐振频率来评价触发器速度的方法,大大地简化了触发器的优化过程。为了节省成本、简化设计和降低风险,本文首先对两个子电路(分频器和1:2分接器)进行了设计、制造和测试。分频器的最高分频达到了27.5GHz,并且输出波形的均方根抖动仅800fs左右。受限于测试设备,1:2分接器的最高测试速率为24Gb/s,同时该分接器还在40Gb/s的速率上进行了有意义的测试尝试。测试结果表明这两个电路可以在接下来的电路设计中直接运用。在解决了片上长距离传输线等一系列难点后,本文最终成功地设计、实现和测试了新型1:4分接器,该新型分接器测试到的最高和最低分接速率分别为38Gb/s和43Gb/s(受限于测试设备输出信号范围)。测试结果验证了设计方法切实可行,为进一步设计单片光收发机打下了良好的基础。为更好地衔接前级电路,本文另外设计了一个40GHz的动态分频器。本论文的研究作出了多项创新性工作,填补了国内在40 Gb/s及以上速率分接器研究的空白。对于设计具有独立自主知识产权的下一代光传输关键芯片具有重要的学术意义和应用价值。

论文目录

  • 中文摘要
  • Abstract
  • 插图
  • 表格
  • 第1章 绪论
  • 1.1 课题背景
  • 1.2 光传输系统
  • 1.3 本文研究工作
  • 参考文献
  • 第2章 工艺简介及电路设计流程
  • 2.1 工艺的渠道及选择
  • 2.2 0.2 μm GaAs 工艺
  • 2.3 贯穿始终的超高速集成电路设计流程
  • 2.4 本章小结
  • 参考文献
  • 第3章 分接器电路结构研究
  • 3.1 通信系统中的复用技术
  • 3.2 分接器的基本结构
  • 3.2.1 串型结构分接器
  • 3.2.2 并型结构分接器
  • 3.2.3 树型结构分接器
  • 3.2.4 基本结构比较
  • 3.3 改进的分接器结构
  • 3.3.1 串型传输线分接器
  • 3.3.2 单级并型分接器
  • 3.3.3 树型传输线分接器
  • 3.4 本章小结
  • 参考文献
  • 第4章 宽带超高速放大器设计
  • 4.1 基本差分放大器设计与分析
  • 4.2 采用电感补偿的差分放大器设计与分析
  • 4.3 片上补偿电感的设计与分析
  • 4.4 跟随器设计
  • 4.5 GaAs 宽带放大器的设计与仿真
  • 4.6 本章小结
  • 参考文献
  • 第5章 超高速锁存器和触发器设计
  • 5.1 锁存器和触发器的基本概念
  • 5.1.1 锁存器和触发器的区别
  • 5.1.2 触发器的性能要求
  • 5.2 基本锁存器分析
  • 5.3 触发器设计与仿真
  • 5.4 本章小结
  • 参考文献
  • 第6章 分接器子模块电路设计与实现
  • 6.1 20GHz 1:4 静态分频器的设计与实现
  • 6.1.1 1:4 分频器的电路设计
  • 6.1.2 分频器版图及芯片制造
  • 6.1.3 分频器测试结果
  • 6.2 40Gb/s 1:2 分接器设计与实现
  • 6.2.1 1:2 分接器的电路设计
  • 6.2.2 分接器版图、仿真和芯片制造
  • 6.2.3 1:2 分接器测试结果
  • 6.3 本章小结
  • 参考文献
  • 第7章 40Gb/s 新型超高速1:4 分接器电路设计与实现
  • 7.1 新型1:4 分接器电路设计与实现
  • 7.1.1 固定延时单元设计
  • 7.1.2 新型1:4 分接器电路设计
  • 7.1.3 新型1:4 分接器版图和芯片制造
  • 7.1.4 新型1:4 分接器测试结果
  • 7.2 40GHz 动态分频器电路设计与实现
  • 7.2.1 1:2 动态分频器电路设计
  • 7.2.2 动态分频器版图和芯片制造
  • 7.2.3 动态分频器的测试结果
  • 7.3 本章小结
  • 参考文献
  • 第8章 结论与展望
  • 8.1 本文主要成果
  • 8.2 展望
  • 致谢
  • 攻读博士期间已发表论文及专利申请目录

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