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。

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%。

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。

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。

针对过模返波振荡器中泄漏微波在二极管区谐振,造成微波脉冲缩短的现象,设计了内置吸波材料的阳极结构来抑制这种泄漏微波对器件输出的影响。利用粒子模拟软件对不同阳极结构下过模返波管微波输出特性进行模拟研究,模拟结果表明,带吸波材料的阳极结构可以减小泄漏微波对微波输出功率、器件工作模式及脉冲宽度的影响。在长脉冲过模返波振荡器实验中,电子束参数为(800 kV,7 kA)时,器件输出微波频率为8.58 GHz,效率为30%。通过模拟计算和实验验证,这种带吸波材料的阳极结构有效降低了泄漏微波对过模返波管微波输出的影响,将器件输出微波脉冲宽度从70 ns提高到110 ns。

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。

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。

多光谱的MODIS(中分辨率成像光谱仪)数据为深入研究全球卷云提供了可能性。基于卷云辐射系统模型,利用MODIS的1.38 μm波段(26通道)和0.66 μm波段(1通道)探测数据的相关性,反演计算可见光波段卷云的反射率。反演计算中,使用1 km分辨率的MODIS 1B数据,对MODIS典型图幅进行不同等分的划分,分别给出反演结果并进行对比分析，结果表明等分份数越多，其反演结果的精度越高,最后给出了反演结果的实际应用。

采用空间离散化,并利用散射矩阵方法计算了卷云在3.72 μm和6.85 μm波长上的辐射传输特性,研究了卷云的冰晶粒子形状、组分和光学厚度等因素对卷云的辐射传输特性的影响。仿真结果表明,随着平均冰晶尺度的增加,卷云的反射函数会逐渐减小;对于不同形状,但具有相同最大粒子尺寸的粒子组成的卷云,反射函数也会有所不同;随着光学厚度的增加,卷云的反射函数会逐渐增大,直至饱和,而透射函数逐渐减小;随着太阳天顶角的增大,卷云的反射函数逐渐增大,透射函数逐渐减小。

为研究中纬度卷云的光学散射特性,介绍了冰晶粒子谱的双峰分布模型及中纬度卷云冰水含量的分布模型,并结合冰晶形状分布,建立起一个简单的研究卷云特性的模型,而后计算了在0.5~10 μm范围内中纬度卷云的的消光系数、散射系数、吸收系数。计算结果表明:中纬度卷云温度上升时,卷云的光学特性参数随温度变化行为的基本一致;中纬度卷云的冰水含量及冰晶粒子的平均最大尺寸是影响中纬度卷云的光学散射特性的关键因素。