采用0.18micro;m CMOS設(shè)計(jì)用于2.5Gb/s收發(fā)器系統(tǒng)
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近年來，隨著傳統(tǒng)電信業(yè)務(wù)和互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的迅猛發(fā)展，它們對網(wǎng)絡(luò)帶寬提出了越來越高的要求，由此導(dǎo)致了高速串行接口的出現(xiàn)。目前國內(nèi)關(guān)于2.5 Gb/s超高速串行收發(fā)器CMOS芯片及IP核研究開發(fā)尚處于起步階段。設(shè)計(jì)開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高性能串行收發(fā)器芯片及IP核，打破國外對高端路由器、交換器芯片的壟斷，不僅能夠直接大幅度降低通信、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備成本，產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)效益，還能帶來巨大的社會效益。本文所設(shè)計(jì)的復(fù)用器，應(yīng)用在2.5Gb/s收發(fā)器系統(tǒng)中，該收發(fā)器的系統(tǒng)框圖如圖1所示。
圖1 Transceiver結(jié)構(gòu)示意圖
眾所周知在高速的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中，收發(fā)器對于實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的功能起著至關(guān)重要的作用。而在收發(fā)器系統(tǒng)中，復(fù)用器是工作在最高速度的電路單元之一，因此復(fù)用器電路設(shè)計(jì)的好壞直接影響整個(gè)系統(tǒng)的性能。本文所設(shè)計(jì)的復(fù)用器，采用SMIC 0.18µm CMOS工藝實(shí)現(xiàn)。
2電路結(jié)構(gòu)及其設(shè)計(jì)
2.1 16:1復(fù)用器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
本文設(shè)計(jì)的16:1復(fù)用器是將發(fā)送數(shù)據(jù)選擇模塊輸出的16位156.25Mb/s并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為2.5Gb/s串行數(shù)據(jù)輸出，其實(shí)現(xiàn)框圖如圖2所示，該電路主要由1個(gè)16:4復(fù)用器電路和1個(gè)采用樹形結(jié)構(gòu)（包括3個(gè)2:1復(fù)用器）實(shí)現(xiàn)的4:1的復(fù)用器電路構(gòu)成。其中16:4復(fù)用器用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)，4:1復(fù)用器電路用模擬電路實(shí)現(xiàn)。該電路接收從PLL送出的2.5GHz、1.25GHz和625MHz差分時(shí)鐘，為16:4復(fù)用器和2:1復(fù)用器電路提供所需要的時(shí)鐘。16位并行輸入數(shù)據(jù)經(jīng)過16:4復(fù)用器后輸出4位并行數(shù)據(jù)送入4:1復(fù)用器,經(jīng)4:1復(fù)用器后，數(shù)據(jù)變換成1比特寬度的串行數(shù)據(jù)流，發(fā)送順序最低位在前，即TXD_P[0]最先出現(xiàn)在TXD_S上,TXD_P[15]最后發(fā)出。由于本電路是數(shù)?；旌闲盘栐O(shè)計(jì)，仿真時(shí)需要給數(shù)字電路和模擬電路分別加激勵(lì)，對于4:1復(fù)用器電路，輸入采用互補(bǔ)的方波電壓源，峰峰值為0.4V。對于16:4復(fù)用器電路，通過用Verilog語言描述的方式加激勵(lì)。由于兩個(gè)模塊分別用數(shù)字電路和模擬電路實(shí)現(xiàn)，因此在兩個(gè)模塊的連接處要進(jìn)行電平的轉(zhuǎn)換。Virtuoso AMS Simulator中將接口模型劃分為A2D型和D2A型兩類。本設(shè)計(jì)是由數(shù)字電路送信號給模擬電路，因此要用到D2A接口模型，該模型主要有4個(gè)參數(shù):d2a_tf,d2a_tr,d2a_vh和d2a_vl。其中d2a_tf和d2a_tr分別表示接口模型的輸出從當(dāng)前值上升到d2a_vh所需要的時(shí)間和下降到d2a_vl所需要的時(shí)間；d2a_vh和d2a_vl分別表示對應(yīng)數(shù)字電路中的邏輯“1”和“0”而轉(zhuǎn)換成的最終電壓值。本設(shè)計(jì)的設(shè)置如下: d2a_tf=20ps, d2a_tr=20ps，d2a_vh=1.8V，d2a_vl=1.4V。
圖2 16:1復(fù)用器實(shí)現(xiàn)框圖
2.2 單元電路設(shè)計(jì)
2.2.1 16:4復(fù)用器電路
16:4復(fù)用器電路由4個(gè)4:1復(fù)用器模塊和一個(gè)賦值語句模塊構(gòu)成，本電路均采用Verilog語言來描述。4個(gè)4:1復(fù)用器的作用是將16路156.25M數(shù)據(jù)TXD_P[15:0]復(fù)用為4路625M數(shù)據(jù)，這里我們用移位寄存器實(shí)現(xiàn)4:1復(fù)用器。首先將16位并行數(shù)據(jù)，分為四個(gè)4位并行數(shù)據(jù)，然后將4位并行數(shù)據(jù)送入4:1復(fù)用器，數(shù)據(jù)經(jīng)過4位移位寄存器后的輸出如圖3所示。由于后級的模擬電路需要差分輸入，因此本模塊輸出均為互補(bǔ)輸出。
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