高速电流模预加重串行发送驱动器的设计-论文.pdf

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1、第24071卷4年第6月3期ActaScienti南aru开m大Na学tura学liu报m(U自然iv科rsi学ta版tis)N口五口iensiVo1．47N_O3Jun．2014文章编号：0465—7942(2014)03—0081—05高速电流模预加重串行发送驱动器的设计孙烨辉，高静(天津大学电子信息工程学院，天津300072)摘要：设计并实现了一种使用90amCMOS工艺制造的高速电流模预加重串行发送驱动器．它的核心电路工作电压为1V，最高工作频率为8GHz．发送驱动器包括1个主发送驱动器，2个预发送驱动器和1个预加重发送驱动器．设计可以通过主发

2、送驱动器调节输出信号幅度，而预发送驱动器是用来调节发送信号的压摆率，加入预加重发送驱动器为了采用预加重技术来抵消传输信道对信号的衰减，降低信号的码间串扰．测试表明，发送驱动器输出眼图高于系统设计标准．关键词：收发器；驱动器；预加重；电流模中图分类号：TN402文献标识码：A0引言随着通信需求的不断增长，用户对设备传输速度以及功耗的要求也越来越严格．高速串行收发器设计技术因此发展迅速，它具有传输数据速率高、信号质量好以及电磁干扰小的特点．在越来越多的场合，如互联网通信、计算机主板芯片间的数据传输、光纤通信和高速背板传输等，都得到了广泛的应用．发送驱动器是

3、串行收发器中重要的组成部分，它的性能好坏直接影响整个收发器系统的性能．通常发送驱动器负责将要发送的数据以模拟电压或电流的方式输出到信道中．系统为了保证发送信号的质量，对信号的幅度、压摆率(slewrate)和抖动(jitter)都作出了相应的规定[1_”]．此外，为了补偿信道的高频衰减效应，发送驱动器一般会带有预加重功能．发送驱动器的输出阻抗匹配同样很重要，因为阻抗失配会导致近端反射加大，降低发送信号的质量．设计了一款使用标准CMOS工艺设计的串行发送驱动器．首先分析了两种电流模结构的驱动器并对它们的特点进行了比较；然后对所设计的电路进行了详细分析并给

4、出了相应仿真结果；最后给出了芯片的测试眼图结果．电流模驱动器分析发送驱动器按照发送信号是电压方式还是电流方式分为：电压模结构[4-5]和电流模结构两大类．电路设计是电流模结构的驱动器，对两种普遍应用的电流模结构进行分析和比较．1．1低压差分信号结构(Low—VoltageDifferentialSignals，LVDS)LVDS结构是一种应用广泛的电流模发送驱动器结构，其结构如图1所示．为了避免发送端阻抗失配引起的近端反射，电流模发送驱动器一般会在驱动器输出点增加匹配电阻．由图1可知，LVDS结构驱动器输出幅度和功耗为V0ufpd一2·LⅧs·RT—V

5、(1)P—dd·V／2RT(2)收稿日期：2012—05—17作者简介：孙烨辉(1979一)，男，天津人，博士后，研究方向：高速集成电路设计．通讯作者：高静(1979一)，女，天津人，讲师，研究方向：超大规模集成电路设计．E—mail：gaojing@tju．edu．ca·82·南开大学学报(自然科学版)第47卷由图1可知，LVDS结构的输出是由电流源的电流流过电阻产生，因此相对于电压模来说它对电源噪声不敏感．输出差分对只需能够将电流可靠的导通和关闭即可，因此开关管子的尺寸要求也比电压模结构低．1．2差分电流模逻辑结构(DifferentialCurr

6、entModeLogic，DCML)差分电流模逻辑(DCML)结构同样是一种应用很广泛的发送驱动器结构，如图2所示．-_{图1LVDS结构驱动器图2DCML结构驱动器Fig．1LVDSdriverFig．2DCMLdriver由图2可知，DCML结构驱动器的输出幅度和功耗为V。，ppd—IcML·R—V(3)P—Vdd·V／R(4)假设输出差分峰峰值为，且V===0．5VDCML、LVDS两种结构输出幅度和功耗情况如表1所刁．表1DCML、LVDS结构驱动器输出幅度和功耗Table1Theoutputamplitudeandpowerconsumpti

7、onoftheDCML，LVDSdriver从表1中可以看出DCML结构的功耗在输出幅度相同的情况下比LVDS结构大一倍，但和DCML结构相比，LVDS结构主要有以下缺点：(1)电压裕度小：由于LVDS结构有2个电流源，电路正确工作需要保证两个电流源同时处于饱和区．电流要流过2个串联导通的开关，也要产生压降．因此和DCMI结构相比，LVDS结构电源电压裕度较小；(2)阻抗匹配差：由于输出驱动器电流较大，因此电流源所引入的寄生电容很大，在高频下会影响终端阻抗的匹配．同DCML结构相比，由于LVDS有2个电流源，因此寄生电容的影响更大．因为设计要覆盖很宽的

8、频率段，在高频段的阻抗匹配依然很重要，所以DCML结构具有一定优势．2电路设计设计中的发送驱动