CMOS工藝復(fù)接器模塊中選擇器的設(shè)計(jì)

眾所周知，組織通信的一個(gè)缺點(diǎn)是他需要的信道帶寬比較大，而光纖中數(shù)據(jù)傳輸比特率理論上可以達(dá)到tb/s（1015b/s）數(shù)量級(jí)，光纖傳輸系統(tǒng)的產(chǎn)生極大地滿足了數(shù)字時(shí)代大量信息高速傳輸?shù)男枰?。?962年激光二極管的研制成功和1970年低損耗光纖問(wèn)世以來(lái)，光纖通信技術(shù)得到了迅速發(fā)展。以光纖為傳輸信道的局域網(wǎng)lan（特別是千兆以太網(wǎng)），城域網(wǎng)man，廣域網(wǎng)wan，異步傳遞模式atm和同步數(shù)字體系sdh等一系列高速數(shù)字通信標(biāo)準(zhǔn)相繼建立[1]。光纖傳輸通信逐漸成為通信領(lǐng)域的一種重要的傳輸方式。

在光纖傳輸系統(tǒng)中，復(fù)接器將多信道傳輸?shù)亩嗦返退傩盘?hào)合成一路高速信號(hào)，激光驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)激光二極管將合成后的信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)通過(guò)光纖進(jìn)行傳輸。復(fù)接器的使用提高了光纖信道容量的利用率，是實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)年P(guān)鍵電路之一。圖1為高速2：1復(fù)接器的框圖，兩組輸入數(shù)據(jù)d1和d2經(jīng)過(guò)觸發(fā)器后最終由選擇器將他們合并成一組數(shù)據(jù)輸出，選擇器的邏輯功能正確與否和性能直接決定了復(fù)接器模塊的邏輯功能正確與否和整體性能。

2 選擇器的電路設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)選擇器也叫多路開(kāi)關(guān)，其功能是從多路輸入數(shù)據(jù)中選擇其中一路送到輸出端。數(shù)據(jù)選擇器的工作原理可以簡(jiǎn)述如下：如果一個(gè)與門的某個(gè)輸入端加數(shù)據(jù)信號(hào)，門的其他輸入端加選通信號(hào)，當(dāng)其選通信號(hào)都為高電平時(shí)，則與門的輸出即等于該輸入數(shù)據(jù)信號(hào)。此時(shí)，可以說(shuō)該輸入信號(hào)已經(jīng)被選中并送到輸出端。

圖2是以mos晶體管差分對(duì)為單元的scfl2：1數(shù)據(jù)選擇器基本電路。邏輯運(yùn)算部分有3個(gè)差分對(duì)管，分上下兩層，時(shí)鐘信號(hào)輸入下層的差分對(duì)管，兩路差分的數(shù)據(jù)連接上層的兩個(gè)差分對(duì)管，scfl選擇器的核心是工作在限幅區(qū)的差分放大器。圖2中m5和m6工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，由系統(tǒng)的時(shí)鐘控制。當(dāng)ck為高電平，ckn 為低電平時(shí)，m5導(dǎo)通，m6截止，m1和m2工作在限幅區(qū)，m3和m4無(wú)效。數(shù)據(jù)d1，d1n，通過(guò)m1和m2傳輸?shù)絛0，d0n。反之，當(dāng)ck為低電平，ckn為高電平時(shí)，m6導(dǎo)通，m5處于截止?fàn)顟B(tài)，m3和m4工作，m1和m2無(wú)效。數(shù)據(jù)d2，d2n通過(guò)m3，m4傳輸?shù)絛0，d0n。

3 參數(shù)調(diào)整方法

電路參數(shù)的調(diào)整是電路設(shè)計(jì)中重要而又煩瑣的工作。如何才能快速、準(zhǔn)確地進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，這里介紹一種作者從實(shí)際的工作中總結(jié)出來(lái)的，稱之為觀察分組法的參數(shù)調(diào)整方法。

選擇器電路參數(shù)在調(diào)整過(guò)程中要注意晶體管的對(duì)稱性。因?yàn)閟cfl結(jié)構(gòu)的許多優(yōu)點(diǎn)都來(lái)自他的對(duì)稱性。對(duì)于一個(gè)待調(diào)整的子電路，首先觀察他的電路結(jié)構(gòu)，將晶體管按功能和結(jié)構(gòu)分成若干組。在參數(shù)調(diào)整時(shí)，每組晶體管的參數(shù)應(yīng)盡量保持一致，這樣既滿足了電路結(jié)構(gòu)的要求，又減少了工作量，而且也是版圖設(shè)計(jì)的需要。在版圖設(shè)計(jì)中要盡量保持版圖的對(duì)稱性，這就體現(xiàn)在參數(shù)調(diào)整中，需要注意相同功能和結(jié)構(gòu)的晶體管參數(shù)的一致性。每次只調(diào)整一組晶體管的參數(shù)。當(dāng)所有組的晶體管參數(shù)都達(dá)到最佳狀態(tài)后，再進(jìn)行總體的調(diào)整，使子電路的性能達(dá)到最佳。另外在參數(shù)調(diào)整過(guò)程中要有規(guī)律性，從小到大或者從大到小，每次的參數(shù)及其結(jié)果要記錄下來(lái)，這樣，可以清楚地看出晶體管參數(shù)對(duì)電路性能的影響，避免重復(fù)勞動(dòng)，節(jié)省了大量的時(shí)間。

觀察圖2，scfl選擇器的電路結(jié)構(gòu)，可以看出，邏輯運(yùn)算部分共有3個(gè)差分對(duì)管，分上下兩層。根據(jù)差分結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，構(gòu)成差分對(duì)的2個(gè)晶體管的參數(shù)應(yīng)該保持一致，m1和m2，m3和m4,m5和m6分別分為一組，再看上層的兩個(gè)差分對(duì)，他們?cè)跁r(shí)鐘的不同階段分別實(shí)現(xiàn)相同的功能，所以可以將m1，m2，m3和m4合并為一組，有源負(fù)載m9和m10可以分為一組，構(gòu)成源極跟隨器的m7和m12，m8和m13可直接影響輸出信號(hào)的中心電平，為了使輸出信號(hào)d0，d0n的中心電平保持一致，這里將m7和m8，m12和m13分別分為一組。

這里以構(gòu)成源極跟隨器的m7，m8這組晶體管為例簡(jiǎn)單介紹參數(shù)的調(diào)整過(guò)程。改變這兩個(gè)管子的寬長(zhǎng)比可以改變?cè)礃O跟隨器的輸出信號(hào)幅度。圖3分別是w7＝w8＝4u和w7＝w8＝16u，他們的長(zhǎng)都為0.6u時(shí)輸出信號(hào)的幅度變化。從圖中可以明顯看出，m7，m8的柵寬變大，柵長(zhǎng)不變，輸出信號(hào)的幅度也變大。了解這一變化趨勢(shì)后，就可以根據(jù)設(shè)計(jì)的中要求來(lái)調(diào)整m7和m8的柵寬，使輸出信號(hào)的幅度達(dá)到合適的范圍。其他組的元件參數(shù)也是這樣根據(jù)要求逐一進(jìn)行調(diào)整，最終達(dá)到電路的設(shè)計(jì)要求。

4 仿真結(jié)果

仿真采用了 csmc－h(huán)j0.6μm cmos工藝的器件參數(shù)庫(kù)，環(huán)境溫度為27℃。輸入的兩組數(shù)據(jù)信號(hào)一組全為1，另一組全為0，輸入155.52mhz的正弦信號(hào)作為時(shí)鐘信號(hào)，如圖（4）所示。仿真結(jié)果如圖4（b）所示，分析可知，選擇器的輸出信號(hào)應(yīng)為0，1相間的序列。

5 結(jié)語(yǔ)

設(shè)計(jì)中采用了源極耦合場(chǎng)效應(yīng)管邏輯電路，并采用0.6μm cmos工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)了選擇器，在參數(shù)調(diào)整過(guò)程中總結(jié)出一種新的方法－觀察分組法，從仿真結(jié)果看，該電路實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)選擇的功能，電路的參數(shù)也都達(dá)到最優(yōu)。