2.5Gb/sCMOS光接收机前端放大电路的设计

论文摘要

随着社会的不断发展和科技的不断进步,信息交换量与日俱增,建立高速数据传输系统势在必行。光纤通信系统正是应这一要求而迅速发展起来,它以高带宽和低衰减等优点获得越来越广泛的应用。目前,2.5Gb/s速率级的光纤通信系统已经进入大规模建设阶段。光接收机在整个光纤通信系统中占有重要的地位,而其中的前端放大电路由于位于光接收机的最前端,其性能在很大程度上决定了整个光接收机的性能,因此对于前端放大电路的研究更是重中之重。本文设计了应用于国际同步数字体系（SDH）STM-16（2.5Gb/s）速率级的光接收机前端放大电路,包括前置放大器和限幅放大器。首先对前置放大器和限幅放大器进行了总体概括和性能指标介绍。分析了前置放大器的电路结构,并在此基础上引入消直流电路和自动增益控制电路以扩展其输入动态范围;分析了应用于限幅放大器的宽带技术:并联峰化、按比例缩小尺寸和Cherry-Hooper放大器。对构成限幅放大器的各模块进行了理论分析及电路设计与仿真。本文完成了以下模块设计:RGCTIA、消直流电路、自动增益控制电路、级联的Cherry-Hooper放大器,输出缓冲级、失调电压补偿回路和单端转双端电路等。采用0.18μm混合信号CMOS工艺对各个模块及整体电路进行了模拟仿真。仿真结果表明本设计前端放大电路中频增益116dBΩ,-3dB带宽2.13GHz,输入动态范围40dB,眼图清晰,眼角张开度大,能够稳定工作在2.5Gb/s的速率下。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 光纤通信系统概述
• 1.2 光接收机主要性能指标
• 1.3 光纤通信发展历程及国内外研究现状
• 1.4 论文组织
• 第2章 前置放大器基本理论分析与设计仿真
• 2.1 引言
• 2.2 前置放大器性能参数
• 2.2.1 跨阻增益
• 2.2.2 输入过载电流
• 2.2.3 输入参考噪声电流
• 2.2.4 带宽
• 2.3 前置放大器结构类型
• 2.3.1 低阻抗和高阻抗前端
• 2.3.2 共栅（CG）前置放大器
• 2.3.3 并联反馈TIA
• 2.3.4 RGC 结构前置放大器
• 2.4 前置放大器的设计与仿真
• 2.4.1 跨阻放大器的设计
• 2.4.2 跨阻放大器仿真结果
• 2.4.3 扩展输入动态范围电路
• 2.5 本章小结
• 第3章 限幅放大器基本理论分析与设计仿真
• 3.1 引言
• 3.2 限幅放大器性能参数
• 3.3 限幅放大器结构
• 3.3.1 增益、带宽和级数之间的关系
• 3.3.2 基本形式的差分放大器级联结构
• 3.4 宽带技术
• 3.4.1 并联峰化
• 3.4.2 Cherry-Hooper 放大器
• 3.5 限幅放大器的设计与仿真
• 3.5.1 基本放大单元
• 3.5.2 输出缓冲级
• 3.5.3 失调电压补偿回路
• 3.6 本章小结
• 第4章 光接收机前端放大电路整体电路仿真
• 4.1 前端放大电路结构图
• 4.2 单端转双端电路
• 4.3 前端放大电路整体电路仿真
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢