在高速SerDes(Serializer/Deserializer,串行器/解串器)系统中,随着数据传输速率越来越高,信道中的高频损耗、反射及噪声等非理想特性对数据产生的衰减越来越严重,致使数据产生严重的失真,从而降低系统性能。为了改善接收端的信号传输质量,各类均衡技术被广泛应用于高速SerDes系统中,而连续时间线性均衡器(Continuous Time Linear Equalizer,CTLE)作为SerDes系统接收端的重要模块,其对高频衰减的补偿能力影响着整个SerDes系统的性能,因此研究并改进连续时间线性均衡器的电路结构对高速通信系统的发展具有重要意义。
本文设计了一款应用于高速SerDes接收端的自适应连续时间线性均衡器,此设计主要包括CTLE均衡模块、DAC电流源模块和自适应算法模块。为解决传统CTLE高频补偿能力欠缺和无法适应不同信道衰减的问题,本文在传统CTLE的基础上,级联低频均衡器,该均衡器采用双路源级负反馈电阻电容差分结构,对低频信号实现补偿的同时,通过源级负反馈电阻和电容引入了一对零极点,可实现对高频信号的二次补偿;同时,将基于码型检测的符号化最小均方根(Sign-Sign Least Mean Squares,SS-LMS)算法应用于CTLE均衡技术中,使其能根据信道环境的变化产生动态的均衡系数,来调节零极点位置,进而产生不同的增益补偿,达到适应不同信道衰减的目的。
本文基于TSMC 28nm CMOS工艺对所设计电路的版图进行绘制,并通过后仿真验证。后仿真结果显示,12.5Gb/s的数据经过背板信道后,在奈奎斯特频率处产生严重衰减,经过自适应CTLE均衡后,PVT工艺角下,目标频率处的增益补偿范围在14.75dB-21.79dB之间,均衡后的眼图水平张开度在0.81UI-0.92UI之间,抖动小于0.2UI,同时,通过例举-13.42dB、-16.32dB、-20.90dB三种不同信道衰减幅度,所设计的自适应CTLE均能够对传输数据进行有效均衡,改善信号传输质量。
随着先进工艺和技术的不断进步,要想保证数据在高速传输中的正确性,均衡器需要有更高的补偿和更低的功耗,才能实现高效通信。基于12 nm互补金属氧化物半导体工艺,设计了一种高增益、低功耗的自适应连续时间线性均衡器(continuous time l...
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随着先进工艺和技术的不断进步,要想保证数据在高速传输中的正确性,均衡器需要有更高的补偿和更低的功耗,才能实现高效通信。基于12 nm互补金属氧化物半导体工艺,设计了一种高增益、低功耗的自适应连续时间线性均衡器(continuous time linear equalizer,CTLE),该均衡器采用2级级联结构来补偿信道衰减,并提高接收信号的质量。此外,自适应模块通过采用符号-符号最小均方误差(sign-sign least mean square,SS-LMS)算法,使抽头系数加快了收敛速度。仿真结果表明,当传输速率为16 Gbit/s时,均衡器可以补偿-15.53 dB的半波特率通道衰减,均衡器系数在16×10^(4)个单元间隔数据内收敛,并且收敛之后接收误码率低于10^(-12)。
提出了一种适用于超短距离(Very Short Reach,VSR)信道、面向112 Gb/s PAM4(Pulse Amplitude Modulation 4)接收机的自适应均衡设计方案。在该方案中,接收机前端利用3个连续时间线性均衡器(Continuous Time Linear Equalizer,CTLE)对信...
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提出了一种适用于超短距离(Very Short Reach,VSR)信道、面向112 Gb/s PAM4(Pulse Amplitude Modulation 4)接收机的自适应均衡设计方案。在该方案中,接收机前端利用3个连续时间线性均衡器(Continuous Time Linear Equalizer,CTLE)对信号分别在高频、中频和低频进行补偿,可变增益放大器(Variable Gain Amplifier,VGA)和饱和放大器(Saturation Amplifier,SatAmp)则用于对信号幅值的缩放。除了3个数据采样器外,引入4个辅助采样器用于进一步改善阈值自适应算法性能。同时,采用符号最小均方算法,利用接收端数据采样器和辅助采样器之间的偏移推动辅助参考电压收敛到信号星座电平,从而确保PAM4接收信号的眼图在垂直方向上3个眼睛具有相等的间隔和恒定的信噪比(Signal-to-Noise Ratio,SNR)。仿真结果表明,所提出的112 Gb/s PAM4接收机能够在损耗为15 dB的信道上实现小于10~(-12)的误码率,并且具有良好的眼图性能,其最差眼高为75 mV,眼宽为0.34 UI(Unit Interval),与传统方案相比具有显著的性能提升。
在广播级高清传输领域,高清串行接口的应用较为广泛;高清视频线缆通常采用同轴电缆,但此类传输信道因存在非理想特性,导致高频衰减问题严重,进而对长距离传输下的信号质量产生严重影响。
为了有效应对3 Gb/s串行数字接口信号在经过不同长度同轴电缆传输后产生的衰减问题,本文提出一种自适应均衡器电路,用于补偿各种长度同轴电缆的高频衰减现象。此电路主要包括均衡器、限幅放大器、V/I转换电路、功率比较器以及幅度控制电路等核心电路。
针对传统连续时间线性均衡器在调节过程中出现的低频增益不固定问题,本文所设计的连续时间线性均衡器将传统结构的低频放大与高频放大部分进行了分离,并对RC网络结构进行了改进,通过增设中间级引入自适应控制电流,以实现对连续时间线性均衡器零极点的动态调整。此外,本设计还采用了基于功率比较的自适应方法:通过比较均衡器输出信号与参考信号之间的功率差异,生成相应的自适应控制电压,经由V/I转换电路转化为自适应控制电流,以此来调节均衡器的高频补偿性能。这里的参考信号是通过限幅放大器从输入信号中提取得到的。
本文采用180nm BiCMOS工艺对自适应均衡器进行前端电路设计、后端版图设计,并进行了仿真测试验证。该自适应均衡器的核心电路版图面积为897.32μm*477.31μm。后仿结果表明,在常温和不同的工艺角(TT、SS、FF)条件下,该自适应均衡器在奈奎斯特频率点处能够实现最大-29.88 d B@1.5GHz的衰减补偿,其输出眼图的最大抖动为0.275 UI,最大动态功耗145.2 m W。测试结果表面,当3 Gb/s速率的PRBS7信号经过-29.88 d B@1.5GHz衰减的同轴电缆传输后,输出的眼图从闭合状态变为张开状态,此时眼图抖动为0.324 UI。
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