面向高速光通信系统的应用,提出了一种全速率线性25 Gb/s时钟数据恢复电路（Clock and Data Recovery Circuit,CDRC）。CDRC采用了混频器型线性鉴相器和自动锁频技术来实现全速率时钟提取和数据恢复。在设计中没有使用外部参考时钟。基于45 nm CMOS工艺,该CDR电路从版图后仿真结果得到：恢复25 Gb/s数据眼图的差分电压峰峰值Vpp和抖动峰峰值分别为1.3 V和2.93 ps;输出25 GHz时钟的差分电压峰峰值Vpp和抖动峰峰值分别为1 V和2.51 ps,相位噪声为-93.6 dBc/Hz@1 MHz。该芯片面积为1.18×1.07 mm2,在1 V的电源电压下功耗为51.36 mW。
光通信 时钟数据恢复 线性鉴相器 鉴频器 optical communication CDR linear phase detector frequency detector CMOS CMOS
武汉大学 物理科学与技术学院, 湖北 武汉 430072
基于 130 nm互补金属氧化物半导体 (CMOS)工艺, 设计了一种高增益和高输出功率的 24 GHz功率放大器。通过片上变压器耦合实现阻抗匹配和功率合成, 有效改善放大器的匹配特性和提高输出功率。放大器电路仿真结果表明, 在 1.5 V供电电压下, 功率增益为 27.2 dB, 输入输出端回波损耗均大于 10 dB, 输出功率 1 dB压缩点 13.2 dBm, 饱和输出功率 17.2 dBm, 峰值功率附加效率 13.5%。
互补金属氧化物半导体 功率放大器 变压器耦合 功率合成 Complementary Metal Oxide Semiconductor power amplifier transformer coupling power synthesis 太赫兹科学与电子信息学报
2019, 17(4): 716
1 武汉大学 物理科学与技术学院, 武汉 430072
2 武汉飞思灵微电子技术有限公司, 武汉 430200
基于55nm CMOS工艺, 设计了一种具有宽动态范围的2.5Gb/s光接收机模拟前端电路。作为光接收机的输入级电路, 为了获得低噪声和高灵敏度性能, 跨阻放大器(TIA)基于三级反相器级联结构, 同时采用双自动增益控制(DAGC)电路来扩大输入信号的动态范围。为了提高增益, 引入后置放大器, 包括电平转换电路和三级差分放大电路, 同时利用电容简并的方法来进一步拓展带宽, 最后进行缓冲器输出。测试结果表明, 在误码率为10-12的情况下, 光接收机的输入灵敏度为-26dBm, 过载光功率为3dBm, 动态范围达到29dBm。光接收机在3.3V供电电压下, 电流功耗为36mA, 整体芯片面积为1176μm×985μm。
光接收机 跨阻放大器(TIA) 双自动增益控制 动态范围 电容简并 optical receiver TIA dual AGC dynamic range capacitance degeneration
武汉大学 物理科学与技术学院, 武汉 430072
采用0.18μm BiCMOS工艺设计并实现了一种高增益、低噪声、宽带宽以及大输入动态范围的光接收机跨阻前置放大器。在寄生电容为250fF的情况下, 采用全集成的四级放大电路, 合理实现了上述各项参数指标间的折中。测试结果表明: 放大器单端跨阻增益为73dB, -3dB带宽为7.6GHz, 灵敏度低至-20.44dBm, 功耗为74mW, 最大差分输出电压为200mV, 最大输入饱和光电流峰-峰值为1mA, 等效输入噪声为17.1pA/Hz, 芯片面积为800μm×950μm。
跨阻放大器 光接收机 等效输入噪声电流谱密度 BiCMOS工艺 transimpedance amplifier optical receiver equivalent input current noise spectral density BiCMOS technology
武汉大学 物理科学与技术学院，湖北 武汉 430072
光纤通信在大数据时代得到广泛的应用，其速度快、带宽大、可靠性高的特点满足了对长距离、大容量信息传输的要求。前置放大器作为光接收器的前端，其性能高低直接影响到整个光接收系统的工作性能。基于SMIC 0.13 μm CMOS工艺，设计完成了一款5 Gbps光接收前置放大器。首先，整体差分式结构可以消除共模噪声的干扰，降低放大器的等效输入噪声。其次，采用共源共栅的输入结构具有低输入阻抗的特点，能有效抑制光电管大电容带来的不利影响。最后，输出级采用电流模逻辑结构，解决了输出增益与带宽之间的矛盾。仿真结果表明，放大器增益达到62 dBΩ，带宽4.7 GHz；等效输入噪声30.1 pA/sqrt(Hz)，眼图迹线清晰，张开度较大，能够满足5 Gbps平衡光探测器通信要求。
前置放大器 共源共栅结构 平衡探测器 光纤通信 电流模逻辑 pre-amplifier Regulated Cascade(RGC) structure balance detector optical fiber communication Common-Mode Logic(CML)
武汉大学 物理科学与技术学院, 武汉 430072
相干光通信的平衡探测器采用双端差分结构, 能够有效地提高光通信灵敏度。前置放大器作为光接收器的前端, 其性能高低直接影响到整个光接收系统的工作性能, 是光接收器的重要组成部分。文章采用SMIC 0.13μm CMOS工艺, 实现了一种应用于5Gb/s平衡探测器的接收机前置放大器。前置放大器采用具有低输入阻抗特点的RGC结构作输入级, 同时输出级采用两级结构, 在保证带宽的前提下能够提供足够大的电流驱动50Ω负载。仿真结果表明, 该前置放大器带宽能达到要求的5.12GHz, 灵敏度达到-18.4dBm, 眼图张开度良好, 能够满足系统对噪声抑制的要求。
平衡探测器 相干光通信 前置放大器 balanced detector coherent optical communication preamplifier RGC RGC
武汉大学电子科学与技术系,武汉,湖北,430072
提出了一种新的多色比色测温方法,研制出基于USB总线的多色比色测温系统.测温系统用内调制光电探测器作为探测单元,能将光信号直接转换为受调制的交流电信号,提高了系统信噪比和处理能力;采用USB数据采集系统,实现了即插即用,传输量大,速度快,实时性好;用PC机对被测体的发射率进行实时近似值的动态处理,有效地提高了测量精度.实际使用表明, 在1 000°C～1 650°C的测量范围内,测温精度达到4‰.
多色比色测温 内调制光电探测器 USB数据采集系统 动态处理
武汉大学 物理科学与技术学院,湖北,武汉,430072
发射率表征待测体与黑体的辐射强度之比,它与材料的性质、表面状态密切相关,随时间变化而变,并显著影响测温精度.为此提出了一种新的多色比色测温方法,该方法可以对待测体的发射率进行实时修正,具有自适应的特点,使测温仪可以快速、准确地测量温度.采用这种测温方法研制出新型的内调制多色比色测温系统,测温仪用内调制光电探测器作为探测单元,探测器能将恒定的光信号转变为交流电信号输出,便于信号放大和消噪,有效地提高了系统的信噪比.在1050～1650℃范围,测温最大误差为6.2‰.
温度测量系统 光电探测器 多色比色
