基于DSP-DAC架构的40 Gb/s PAM4光互联可重构发射芯片设计

作     者：陈志强 

作者单位：暨南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：程凌浩

授予年度：2021年

学科分类：080903[工学-微电子学与固体电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 0803[工学-光学工程] 

主      题：光通信 高速光互联 发射端预均衡 查找表 数模转换器 

摘      要：光互联是一种以光为媒介的通信方式,通过光纤进行数据的高速交换与传输。光互联技术与传统电互联技术相比,具有高带宽、低损耗、无串扰、电磁匹配等优势。因此光互联技术被广泛应用于高性能计算机群、大规模数据中心、低时延通信等高速高性能互联领域,具有广阔的应用前景。强度调制-直接检测技术和四电平脉冲幅度调制编码凭借其成本低廉的优点,被认为是短距离光互联系统的热门方案之一。基于强度调制-直接检测技术的短距离光互联系统通常采用低成本的电光调制器和驱动器,但是电光调制器和其驱动的带宽和线性度有限,信号容易产生码间干扰和非线性失真,影响了光互联系统的整体性能。因此,为了减小码间干扰和非线性效应的影响,需要在光互联系统的发射芯片对信号进行预失真处理。目前发射芯片的架构难以针对信道特性变化而实时重构均衡信息和实现非线性预失真。本文从这一问题出发,对光互联系统的发射芯片架构和均衡方案进行了研究,力求实现非线性预失真的同时,又尽可能地降低芯片架构的复杂性和提高架构的灵活度。本文的主要研究内容如下:1)设计了一种基于查找表均衡和数模转换器的40 Gb/s光互联可重构发射芯片架构,对其架构进行了可行性分析与具体电路实现的研究。该架构利用查找表读取可实时更新的均衡数据,并最终通过数模转换器发射模拟信号至信道中,因此可以实现均衡数据的重构,可重构参数包括线性FFE抽头数、预均衡器的模式（线性/非线性预均衡模式）,并且可以通过将非线性均衡数据写入查找表的方式来实现对信号的非线性预均衡。2)设计了发射芯片架构中的电路模块。根据发射芯片架构功能,分别设计了高速查找表模块、高速4:1串化器、预驱动器和基于数模转换器的高速驱动器。探究了基于动态锁存器的高速选择器电路实现,并研究了基于反馈电阻均衡的预驱动器,发现该反馈电阻可以有效地减小高速链路中的码间干扰,20 Gbps信号的抖动小于0.2 ps。3)设计了发射芯片关键电路的版图并进行后端仿真测试,仿真结果表明该发射芯片可发射40 Gb/s的PAM4信号。