应用于高能物理实验的120-Gb/s多通道光纤数据发送芯片设计
发布时间：2021-10-09 08:34
高能物理实验是探索和研究物质构成与粒子相互作用的重要基础物理实验,其探测器前端的海量信息传输与抗辐照要求对高速数据传输链路设计提出了严峻挑战。高速多通道光纤数据发送芯片因其高带宽、高密度、低功耗、抗辐照等特点在高速信息传输中有着明显优势,逐渐成为高能物理实验中探测器前端数据传输设计的首选。本文主要研究工作是采用SMIC 55nm RF CMOS工艺设计了一款120-Gb/s多通道光纤数据发送芯片,旨在应用于高能物理实验中探测器前端数据传输领域。本文的具体研究内容和创新点体现在如下几个方面:1.提出了全新的预加重电路结构:在输出驱动级的尾电流电路上增设RC电阻电容预加重结构,补偿了由绑定线电感、PAD电容及VCSEL激光器负载带来的信号带宽衰减,减小了信号抖动,优化了眼图。电测试结果表明:在采用该预加重电路结构后,激光器输出眼图变清晰、张开度扩大,整体抖动为25.1 ps,上升时间为68.4 ps,下降时间为68.0ps,达到了预期目标。2.提出了两种增强芯片抗辐照性能设计的方法:其一,芯片的核心模拟电路采用较宽Finger的MOS管来抵抗总剂量效应;其二,I2C数字控制模块采用三模冗余...
【文章来源】：华中师范大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
LHC探测器分布
高密度传输成为必然的趋势。光纤及其接收和发送芯片在这种高速、信息量庞大的??传输系统中起着极其重要的作用。在ＡＴＬＡＳ建设期间，ＣＥＲＮ提出了开发光纤链??项目Ｉ４］，即千兆光收发器，如图１．２所示。该项目主要是ＡＳＩＣ设计，设计目标为单??根光纤传输速率为５?Ｇｂ／ｓ。芯片主要由发射端、接收端以及光纤等三部分组成，其??中发送端包括激光器ＧＢＬＤ、光电二极管ＰＤ、收发器ＧＢＴｘ以及慢速控制芯片ＧＢＴ－??ＳＣＡ；在接收端则是由用于控制和处理单元ＦＰＧＡ以及前端信息处理模块等组成。??该芯片是现今为止唯一一款在高能物理实验领域中应用于数据传输的芯片。??０？Ｔ?ＧＢＴ??＾?？?＃??知―＇．．－一?■歸…＾?ｒ－?ＦＰ〇Ａ??Ｉ??Ｔｉｍｎａ?????＾??＿ｉ?Ｑ?＾?，…??ＯＭ３?＊?？?ＧＢＴＸ?卜?—￣￣￣?－??？?〇Ａ〇??ｊ?－Ｊ?．ｒ?、??ＳｔｏｗＣｏＭＫＫ?４?＾?？?８ＭｗｒＣ〇０Ｍ＞ｉ??＾?＜３??发射端?光纤?￣枝乜端??Ｏｎ－Ｄｅｔｅｃｔｏｒ?Ｏｆｆ－Ｄｅｔｅｃｔｏｒ??Ｃｕｓｔｏｍ?Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ?＆?Ｐａｃｋａｇｉｎｇ?Ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ?Ｏｆｆ－Ｔｈｅ－Ｓｈｅｌｆ?（ＣＯＴＳ）??Ｒａｄｉａｔｉｏｎ?Ｈａｒｄ?Ｃｕｓｔｏｍ?Ｐｒｏｔｏｃｏｌ??图１．２?ＡＴＬＡＳ高速光纤链??随着需要探测粒子信息和探索相互作用的信息的增加，导致ＬＨＣ能量和亮度??升级
高密度传输成为必然的趋势。光纤及其接收和发送芯片在这种高速、信息量庞大的??传输系统中起着极其重要的作用。在ＡＴＬＡＳ建设期间，ＣＥＲＮ提出了开发光纤链??项目Ｉ４］，即千兆光收发器，如图１．２所示。该项目主要是ＡＳＩＣ设计，设计目标为单??根光纤传输速率为５?Ｇｂ／ｓ。芯片主要由发射端、接收端以及光纤等三部分组成，其??中发送端包括激光器ＧＢＬＤ、光电二极管ＰＤ、收发器ＧＢＴｘ以及慢速控制芯片ＧＢＴ－??ＳＣＡ；在接收端则是由用于控制和处理单元ＦＰＧＡ以及前端信息处理模块等组成。??该芯片是现今为止唯一一款在高能物理实验领域中应用于数据传输的芯片。??０？Ｔ?ＧＢＴ??＾?？?＃??知―＇．．－一?■歸…＾?ｒ－?ＦＰ〇Ａ??Ｉ??Ｔｉｍｎａ?????＾??＿ｉ?Ｑ?＾?，…??ＯＭ３?＊?？?ＧＢＴＸ?卜?—￣￣￣?－??？?〇Ａ〇??ｊ?－Ｊ?．ｒ?、??ＳｔｏｗＣｏＭＫＫ?４?＾?？?８ＭｗｒＣ〇０Ｍ＞ｉ??＾?＜３??发射端?光纤?￣枝乜端??Ｏｎ－Ｄｅｔｅｃｔｏｒ?Ｏｆｆ－Ｄｅｔｅｃｔｏｒ??Ｃｕｓｔｏｍ?Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ?＆?Ｐａｃｋａｇｉｎｇ?Ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ?Ｏｆｆ－Ｔｈｅ－Ｓｈｅｌｆ?（ＣＯＴＳ）??Ｒａｄｉａｔｉｏｎ?Ｈａｒｄ?Ｃｕｓｔｏｍ?Ｐｒｏｔｏｃｏｌ??图１．２?ＡＴＬＡＳ高速光纤链??随着需要探测粒子信息和探索相互作用的信息的增加，导致ＬＨＣ能量和亮度??升级
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于三模冗余架构的集成电路加固设计[J]. 桂江华,徐睿,卓琳. 中国电子科学研究院学报. 2013(06)
[2]基于电感并联峰化的宽带CMOS跨阻前置放大器[J]. 王巍,武逶,冯其,王川,唐政维,王振,袁军. 半导体光电. 2013(06)
[3]10Gb/s×12通道VCSEL驱动器阵列设计[J]. 钱照华,王志功,苗澎,张子航. 光通信技术. 2009(02)
博士论文
[1]ATLAS液氩量能器前端读出系统Phase-Ⅰ升级的光纤数据传输ASIC设计[D]. 李筱婷.华中师范大学 2014
硕士论文
[1]0.18μm CMOS6.25Gb/s自适应判决反馈均衡器的研究与设计[D]. 闫传荣.南京邮电大学 2017
[2]高速抗辐照VCSEL驱动芯片设计[D]. 潘彦君.华中师范大学 2017
[3]60GHz毫米波通信系统中模数混合均衡器的设计[D]. 王路强.电子科技大学 2016
[4]CMOS工艺光接收机前置放大器设计与仿真[D]. 王通.山东大学 2015
[5]65nm CMOS工艺22Gb/s VCSEL驱动器电路设计[D]. 周元隆.东南大学 2015
[6]最大似然序列估计均衡技术研究[D]. 朱迪.西安电子科技大学 2002
本文编号：3426014
【文章来源】：华中师范大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
LHC探测器分布
高密度传输成为必然的趋势。光纤及其接收和发送芯片在这种高速、信息量庞大的??传输系统中起着极其重要的作用。在ＡＴＬＡＳ建设期间，ＣＥＲＮ提出了开发光纤链??项目Ｉ４］，即千兆光收发器，如图１．２所示。该项目主要是ＡＳＩＣ设计，设计目标为单??根光纤传输速率为５?Ｇｂ／ｓ。芯片主要由发射端、接收端以及光纤等三部分组成，其??中发送端包括激光器ＧＢＬＤ、光电二极管ＰＤ、收发器ＧＢＴｘ以及慢速控制芯片ＧＢＴ－??ＳＣＡ；在接收端则是由用于控制和处理单元ＦＰＧＡ以及前端信息处理模块等组成。??该芯片是现今为止唯一一款在高能物理实验领域中应用于数据传输的芯片。??０？Ｔ?ＧＢＴ??＾?？?＃??知―＇．．－一?■歸…＾?ｒ－?ＦＰ〇Ａ??Ｉ??Ｔｉｍｎａ?????＾??＿ｉ?Ｑ?＾?，…??ＯＭ３?＊?？?ＧＢＴＸ?卜?—￣￣￣?－??？?〇Ａ〇??ｊ?－Ｊ?．ｒ?、??ＳｔｏｗＣｏＭＫＫ?４?＾?？?８ＭｗｒＣ〇０Ｍ＞ｉ??＾?＜３??发射端?光纤?￣枝乜端??Ｏｎ－Ｄｅｔｅｃｔｏｒ?Ｏｆｆ－Ｄｅｔｅｃｔｏｒ??Ｃｕｓｔｏｍ?Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ?＆?Ｐａｃｋａｇｉｎｇ?Ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ?Ｏｆｆ－Ｔｈｅ－Ｓｈｅｌｆ?（ＣＯＴＳ）??Ｒａｄｉａｔｉｏｎ?Ｈａｒｄ?Ｃｕｓｔｏｍ?Ｐｒｏｔｏｃｏｌ??图１．２?ＡＴＬＡＳ高速光纤链??随着需要探测粒子信息和探索相互作用的信息的增加，导致ＬＨＣ能量和亮度??升级
高密度传输成为必然的趋势。光纤及其接收和发送芯片在这种高速、信息量庞大的??传输系统中起着极其重要的作用。在ＡＴＬＡＳ建设期间，ＣＥＲＮ提出了开发光纤链??项目Ｉ４］，即千兆光收发器，如图１．２所示。该项目主要是ＡＳＩＣ设计，设计目标为单??根光纤传输速率为５?Ｇｂ／ｓ。芯片主要由发射端、接收端以及光纤等三部分组成，其??中发送端包括激光器ＧＢＬＤ、光电二极管ＰＤ、收发器ＧＢＴｘ以及慢速控制芯片ＧＢＴ－??ＳＣＡ；在接收端则是由用于控制和处理单元ＦＰＧＡ以及前端信息处理模块等组成。??该芯片是现今为止唯一一款在高能物理实验领域中应用于数据传输的芯片。??０？Ｔ?ＧＢＴ??＾?？?＃??知―＇．．－一?■歸…＾?ｒ－?ＦＰ〇Ａ??Ｉ??Ｔｉｍｎａ?????＾??＿ｉ?Ｑ?＾?，…??ＯＭ３?＊?？?ＧＢＴＸ?卜?—￣￣￣?－??？?〇Ａ〇??ｊ?－Ｊ?．ｒ?、??ＳｔｏｗＣｏＭＫＫ?４?＾?？?８ＭｗｒＣ〇０Ｍ＞ｉ??＾?＜３??发射端?光纤?￣枝乜端??Ｏｎ－Ｄｅｔｅｃｔｏｒ?Ｏｆｆ－Ｄｅｔｅｃｔｏｒ??Ｃｕｓｔｏｍ?Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ?＆?Ｐａｃｋａｇｉｎｇ?Ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ?Ｏｆｆ－Ｔｈｅ－Ｓｈｅｌｆ?（ＣＯＴＳ）??Ｒａｄｉａｔｉｏｎ?Ｈａｒｄ?Ｃｕｓｔｏｍ?Ｐｒｏｔｏｃｏｌ??图１．２?ＡＴＬＡＳ高速光纤链??随着需要探测粒子信息和探索相互作用的信息的增加，导致ＬＨＣ能量和亮度??升级
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于三模冗余架构的集成电路加固设计[J]. 桂江华,徐睿,卓琳. 中国电子科学研究院学报. 2013(06)
[2]基于电感并联峰化的宽带CMOS跨阻前置放大器[J]. 王巍,武逶,冯其,王川,唐政维,王振,袁军. 半导体光电. 2013(06)
[3]10Gb/s×12通道VCSEL驱动器阵列设计[J]. 钱照华,王志功,苗澎,张子航. 光通信技术. 2009(02)
博士论文
[1]ATLAS液氩量能器前端读出系统Phase-Ⅰ升级的光纤数据传输ASIC设计[D]. 李筱婷.华中师范大学 2014
硕士论文
[1]0.18μm CMOS6.25Gb/s自适应判决反馈均衡器的研究与设计[D]. 闫传荣.南京邮电大学 2017
[2]高速抗辐照VCSEL驱动芯片设计[D]. 潘彦君.华中师范大学 2017
[3]60GHz毫米波通信系统中模数混合均衡器的设计[D]. 王路强.电子科技大学 2016
[4]CMOS工艺光接收机前置放大器设计与仿真[D]. 王通.山东大学 2015
[5]65nm CMOS工艺22Gb/s VCSEL驱动器电路设计[D]. 周元隆.东南大学 2015
[6]最大似然序列估计均衡技术研究[D]. 朱迪.西安电子科技大学 2002
本文编号：3426014
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/3426014.html
