一种高速低功耗空间光调制器的驱动电路设计

论文摘要

随着微电子工艺技术的不断发展,基于硅工艺晶体管的特征频率不断提高,供电电压不断下降。使得高速低功耗的集成电路芯片的实现成为可能,2010年因特尔公司推出的i7处理器可以工作在3G赫兹以上的工作频率下。但是基于硅工艺的芯片有着其自身的缺陷,比如载流子的迁移率过低,禁带宽度过小,这就影响了硅工艺芯片的长远发展。2003年,以色列科学家研制出了以GaAs/AlGaAs多量子阱空间光调制器阵列为核心的数字信号处理器,采用光学方法来实现矢量与矩阵的并行计算。该处理器每秒钟可以进行8万亿次演算,与一台超级计算机速度相当。多量子阱空间光调制器采用GaAs材料,在工作时需要其它芯片提供驱动电压。可实时地在空间上调制光束,进行对光电信号转换,是构成实时光学信息处理、光计算和光学神经网络等系统的关键器件,能够快速完成矩阵乘除等复杂运算。而比起传统的液晶调制器,基于多量子阱工艺的空间光调制器拥有更低的功耗和更快的响应速度。因此为了更好的发挥多量子阱空间光调制器的优点,需要提高相应驱动电路的速度,减少电路功耗。本论文主要讨论了基于chart0.35工艺的一款高速、低功耗、大阵列的空间光调制器驱动电路的调研、系统分析、电路级以及版图级设计。为了使得芯片有更多的用途,我们将芯片设计为可以工作在两种不同的模式。测试结果表明芯片可以在两种工作模式下正常工作,但是由于设计时有些实际问题没有充分考虑,测试结果与设计指标有少许差异,初步认为是FPGA的时钟抖动或同步开关噪声引起测试结果,下一步的工作是继续测试本次芯片。同时开始着手多比特位的驱动电路制作。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 空间光调制器的意义
• 1.2 空间光调制器的结构及应用
• 1.3 空间光调制器的研究进展
• 1.4 本章小结
• 第二章 空间光调制器驱动电路的基本结构
• 2.1 驱动电路的作用
• 2.2 驱动电路结构
• 2.2.1 控制电路
• 2.2.2 输入缓冲器
• 2.2.3 DAC缓冲器
• 2.2.4 DAC（数模转换器）阵列
• 2.2.5 驱动电路阵列
• 2.2.6 偏置生成电路
• 2.3 驱动电路的实现
• 2.3.1 全局控制电路
• 2.3.2 输入缓冲器
• 2.3.3 DAC缓冲器
• 2.3.4 DAC（数模转换器）阵列
• 2.3.4.1 DAC的概念以及原理
• 2.3.4.2 DAC的结构
• 2.3.4.3 DAC的基本电路形式
• 2.3.5 驱动电路阵列
• 2.3.5.1 CLASS-AB运放
• 2.3.5.2 反相器串驱动电路
• 2.3.6 偏置生成电路
• 2.4 本章小结
• 第三章 空间光调制器驱动电路的系统级设计
• 3.1 驱动电路的系统结构
• 3.2 驱动电路的工作模式
• 3.3 两项非交叠时钟生成电路
• 3.4 本章小结
• 第四章 空间光调制器驱动电路的电路设计
• 4.1 全局控制电路
• 4.2 电平转换电路
• 4.3 两项非交叠时钟生成电路
• 4.4 行扫描信号生成电路
• 4.5 单个像素电路构成
• 4.5.1 二选一（mux 2tol）电路
• 4.5.2 寄存器电路
• 4.5.3 CMOS开关电路
• 4.6 驱动电路的整体版图
• 4.7 驱动电路的仿真结果
• 4.8 本章小结
• 第五章 驱动电路的芯片测试
• 5.1 用于测试的PCB板
• 5.2 测试信号的生成
• 5.3 芯片的测试结果
• 5.3.1 测试系统的搭建
• 5.3.2 电路的测试结果（1）
• 5.3.3 电路的测试结果（2）
• 5.4 本章总结
• 第六章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录A 产生数字控制电路所用到的VERILOG代码
• 附录B 芯片测试时所用到的MATLAB代码