1.25gb%2fs限幅放大器中带宽扩展和信号检测技术

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1、华中科技大学硕士学位论文摘要随着科技的进步和互联网的发展，为了实现更高速的数据交换，光纤通信应运而生，并在近年来得到了飞速发展，如今我国已经建立覆盖全国的光纤通信系统。限幅放大器是光纤传输系统中光接收机的关键器件，其性能的优劣影响着整个光纤传输系统的性能。因此研究开发具有自主知识产权的限幅放大器具有重大意义。本文基于SMIC的0.18µmCMOS工艺，设计限幅放大器的级联放大模块和输入信号检测模块。为了获得更大的增益，本文采用电路级联的方法设计放大模块，同时利用改进的Cherry-Hopper结构有效地扩展

2、了带宽，各级电路设计成不同的结构形式以减小芯片面积。为了满足芯片产品化低功耗的要求，抑制噪声对后续电路的影响，本文利用非理想电流源有限的阻抗原理设计了输入信号检测模块，在输入信号幅度过小时关闭输出缓冲模块；为了减少误判断，该模块还具有迟滞特性。经过仿真和测试，本文设计的级联放大电路增益为40dB，工作带宽为932MHz，最小差分输入信号为4mVpp-，满足光纤传输系统STM-8（1.25Gb/s）速率标准的应用要求；输入信号检测电路的迟滞窗口在1.9dB以上，优于设计要求的1.5dB。版图设计是芯片设计中的

3、关键步骤，本文介绍了会影响电路性能的寄生参数，以及版图设计中的一些技巧，并给出了限幅放大器的完整版图。关键词：限幅放大器带宽扩展级联电路Cherry-Hopper结构迟滞比较器I华中科技大学硕士学位论文AbstractWiththedevelopmentoftechnologyandInternet,opticalfibercommunicationtechnologyhadbeeninventedtoachievehigherspeeddataexchange,andrapidlydevelopinrec

4、entyears.Chinahasestablishedanationalfiberopticalcommunicationsystemnow.Thelimitingamplifierisakeypartofopticalreceiverinthesystem,itdeterminestheperformanceofwholesystem,soit'sgreatsignificanttoresearchanddevelopwithindependentintellectualpropertyrightsof

5、limitingamplifier.Inthisthesis,multi-stageamplifiermoduleandinputsignaldetectionmoduleweredesignedbasedontheSMIC0.18µmCMOStechnology.Amulti-stagecircuitwasdesignedtoobtainenoughgain,whileusedtheimprovedCherry-Hopperstructuretoextendthebandwidth.Everystageh

6、addifferentcircuitstructurewhichcouldreducethechipareasize.Theinputsignaldetectionmodulewasdesignedbasedonlimitedresistanceofnon-idealcurrentsource.Detectionmodulewouldshutdownoutputbuffermoduletoreducepowerconsumptionandimpactofnoisewheninputsignalamplitu

7、dedidn'tmeetrequirement.Hysteresiseffectwasdesignedtoreducethemalfunctionthismodule.ThesimulationresultsbyHspiceindicatedthattheamplifiermodulehada40dBgain,932MHzbandwidthandaminimuminputdynamicrangewith4mVp-p,whichcouldmeettheapplicationrequirementsofSTM-

8、8(1.25Gb/s)inopticalfibercommunicationsystem.Thedetectionmodulehad1.9dBhysteresiswindow,betterthanthedesignrequirementsof1.5dB.Layoutdesignwascriticalsothepaperintroducedparasiticparameterswhichwouldimpactthe