线性跨阻放大器双调节器架构和调谐制造技术

一种系统，包括：跨阻放大器，跨阻放大器设置在芯片上，具有前端部分和后端部分；片上线性调节器，片上线性调节器位于芯片上，被布置为对前端部分供电；以及片外开关调节器，片外开关调节器位于芯片外，被布置为对后端部分供电。该布置方式为前端部分提供低噪声电源，同时提供更省电的开关调节器来对后端部分供电。片上线性调节器的输出电压和片外开关调节器的输出电压被控制为相同。的输出电压被控制为相同。的输出电压被控制为相同。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】线性跨阻放大器双调节器架构和调谐


[0001]本公开涉及对集成电路(例如，跨阻放大器)供电的方法。

技术介绍

[0002]光链路正在取代数据中心基础设施中的电气互连。与电链路相比，光链路支持更高的数据速率。光链路也消耗传统电链路的一小部分功率。最新的推动是在单波长光上传输至少100Gbps。在这样的速率下，流行的二进制NRZ(不归零)信令方案的带宽太大而无法由电光接口和光电接口支持。先进的调制技术有助于降低带宽。一种此类技术是具有四个电平的脉冲幅度调制(PAM
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4)。两个比特编码在四个电平中的一个电平中。结果，与NRZ信令相比，符号率(波特率)将是比特率的一半，并且带宽要求降低了。然而，该方法的一个方面是信号处理电路必须是线性的。这是低电压互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺中的挑战。细线宽CMOS工艺提供非常高速的晶体管，但工作电压通常为1V或更低。为了保持清晰可辨且等间距的四个电平，信号处理电路应表现出高线性度和低噪声。
[0003]跨阻放大器(TIA)是用于将光信号转换为电信号的元件。高带宽线性TIA通常以磷化铟(InP)或硅锗(SiGe)BiCMOS(双互补金属氧化物半导体)技术实现，其中双极型晶体管提供高速、低噪声并维持高电压。然而，单片收发器集成电路(IC)的信号处理和逻辑要求最好以CMOS技术实现。由于电源电压有限，采用细线路CMOS工艺设计的线性TIA可能面临信号压缩的主要技术挑战。此外，在高速光链路中，TIA可能对整体芯片功耗有很大贡献。
附图说明
[0004]图1是描绘根据示例实施例的包括由片上线性调节器和片外开关调节器供电的跨阻放大器的光收发器的框图。
[0005]图2是根据示例实施例的包括前端部分和后端部分之间的分界的跨阻放大器的高级框图。
[0006]图3是根据示例实施例的包括前端部分和后端部分之间的分界的跨阻放大器的示意图。
[0007]图4是描绘根据示例实施例的用于实现针对跨阻放大器的前端部分的动态电压缩放的片上线性调节器、以及对跨阻放大器的后端部分供电的片外开关调节器的实现方式的示意图。
[0008]图5是根据示例实施例的示出跨阻放大器的前端部分和后端部分分别由片上线性调节器和片外开关调节器供电的高级框图。
[0009]图6是描绘根据示例实施例的用于控制片外调节器的电压的电压测量和反馈块的高级框图。
[0010]图7是示出根据示例实施例的使用被用于对片上线性调节器和片外开关调节器提供控制反馈的相应的工艺和温度监视器的高级框图。
[0011]图8是示出根据示例实施例的使用被用于对片上线性调节器和片外开关调节器提
供控制反馈的单个工艺和温度监视器的高级框图。
[0012]图9是描绘根据示例实施例的用于操作跨阻放大器系统的一系列操作的流程图。
具体实施方式
[0013]概述
[0014]在一个实施例中，一种系统包括：跨阻放大器，跨阻放大器设置在芯片上，具有前端部分和后端部分；片上线性调节器，片上线性调节器位于芯片上，被布置为对前端部分供电；以及片外开关调节器，片外开关调节器位于芯片外，被布置为对后端部分供电。该布置方式为前端部分提供低噪声电源，同时提供更省电的开关调节器来对后端部分供电。片上线性调节器的输出电压和片外开关调节器的输出电压被控制为相同。
[0015]在另一个实施例中，提供了一种方法。该方法包括：在设置在芯片上的跨阻放大器的前端部分处从设置在芯片上的片上线性调节器接收电力；在跨阻放大器的后端部分处从片外开关调节器接收电力；监视片上线性调节器的输出电压和片外开关调节器的输出电压；以及使片外开关调节器的输出电压与片上线性调节器的输出电压相同。
[0016]示例实施例
[0017]以低电压CMOS工艺构建高速线性跨阻放大器(TIA)存在若干挑战。一个考虑因素是可以使用的低电源电压造成的低信号摆幅。随着信号摆幅的增加，失真迅速增加。负反馈不能用于改善线性度，因为在感兴趣的频率(～30GHz)处环路增益会非常低。添加到这个难题的是输入的宽动态范围。在低输入电平下，信噪比(SNR)受到TIA产生的噪声的限制。即使在实现低输入参考噪声之后，TIA输出也应该足够大，以克服链路中后续A/D转换器的量化噪声。使用传统技术的低电压技术中的大摆幅将是非常非线性的。当输入信号很大时，非线性度变得更差。因此，低噪声、宽动态范围、高增益带宽、线性TIA非常有用。针对功耗优化的TIA同样非常有用。
[0018]图1是描绘根据示例实施例的包括由片上线性调节器和片外开关调节器供电的跨阻放大器的光收发器的框图。光收发器只是使用根据本文提出的实施例的线性TIA的一个示例。光收发器100包括耦合到一根或多根光纤(线路)的光集成电路(IC)102。图1所示的光线路包括被配置为转发来自光IC 102的光信号的输出线路104
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1和被配置为将光信号转发到光IC 102的输入线路104
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2。光IC 102包括电光调制器106和光电二极管108。在一个实施例中，电光调制器106可以是输出例如53.125GBd PAM
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4光信号的马赫
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曾德尔(Mach
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Zehnder)调制器。光电二极管108被配置为将PAM
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4光信号转换为电流信号。
[0019]光收发器100还包括耦合到光IC 102的电IC 110。在发送端，电IC 110包括主机串行器/解串器(SERDES)116，其被配置为从主机120接收NRZ信号。SERDES的输出被提供到PAM编码器114。PAM编码器114的输出被提供到被配置为驱动电光调制器106的电光干涉仪驱动器112。在一个示例中，电光干涉仪驱动器112可以是Mach
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Zehnder干涉仪(MZI)驱动器。在接收端，电IC 110包括TIA 122、时钟和数据恢复(CDR)电路124和PAM解码器126。TIA 122是线性TIA，其被配置为将从光电二极管108接收的电流信号转换为电压信号并放大电压信号。在一个实施例中，以CMOS工艺生产的TIA 122可以增加小于5％THD(总谐波失真)，以在PAM
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4 100Gbps/λ链路中产生四个等间隔的电平。如下文将进一步解释的，TIA 122由两个不同的电压调节器供电：片上线性调节器180和片外开关调节器190。
[0020]在一个实施例中，光收发器100是收发器系统级封装(SiP)，其包括电IC 110，电IC 110具有单片集成TIA、倒装在光IC 102上。
[0021]图2是根据示例实施例的包括前端部分和后端部分之间的分界的跨阻放大器122的高级框图。如图所示，TIA 122包括跨阻前端202、单转差分转换器204、可编程增益放大器(PGA)部分206和输出缓冲器部分208。TIA 122的跨阻前端202可以是电流
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种系统，包括：跨阻放大器，所述跨阻放大器设置在芯片上，所述跨阻放大器具有前端部分和后端部分；片上线性调节器，所述片上线性调节器位于所述芯片上，被布置为对所述前端部分供电；以及片外开关调节器，所述片外开关调节器位于所述芯片外，被布置为对所述后端部分供电。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述前端部分包括跨阻前端、单转差分转换器和第一反馈电路。3.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述后端部分包括可编程增益放大器部分、输出缓冲器和第二反馈电路。4.根据权利要求1、2或3所述的系统，还包括电压测量和反馈块，所述电压测量和反馈块与所述片外开关调节器通信，被配置为监视所述片上线性调节器的输出电压，监视所述片外开关调节器的输出电压，并使所述片外开关调节器的输出电压调谐到所述片上线性调节器的输出电压。5.根据权利要求1、2、3或4所述的系统，还包括工艺和温度监视电路，所述工艺和温度监视电路被布置为监视所述片上线性调节器的输出。6.根据前述权利要求中任一项所述的系统，还包括：第一工艺和温度监视电路，所述第一工艺和温度监视电路被布置为监视所述片上线性调节器的输出；以及第二工艺和温度监视电路，所述第二工艺和温度监视电路被布置为监视所述片外开关调节器的输出电压。7.根据权利要求6所述的系统，还包括频率比较器和与所述频率比较器通信的多路复用器，其中，所述第一工艺和温度监视电路的输出和所述第二工艺和温度监视电路的输出经由所述多路复用器被选择性地提供到所述频率比较器。8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述频率比较器经由解复用器与所述片上线性调节器和所述片外开关调节器通信，并且所述频率比较器的输出经由所述解复用器被选择性地提供到所述片上线性调节器和所述片外开关调节器。9.根据权利要求1、2、3或4所述的系统，还包括：工艺和温度监视电路，所述工艺和温度监视电路被配置为独立地监视所述片上线性调节器和所述片外开关调节器的输出。10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述工艺和温度监视电路包括与所述片上线性调节器的输出通信的第一开关、以及与所述片外开关调节器的输出通信的第二开...

【专利技术属性】
技术研发人员：亚历山大，
申请(专利权)人：思科技术公司，
类型：发明
国别省市：