光通信集成电路设计-笔记

（1）：随机数据和伪随机数据的频谱特性。

随机数据的频谱表现为在n/Tb上为零（无信号），其他的频率上都有信号。

伪随机信号除了保持上面的特性外，因为最终还是一个周期信号，谱线只在几个频点上存在（间隔为1/（M×Tb），M为伪随机的长度）。

（2）:归零数据和非归零数据。

归零数据在n/T（n是奇数）上引入了谱线，有利于后面CR的实现，但是这种数据会占用更大的带宽，不利于整体电路的设计。

（3）:眼图

低通带宽对眼图的影响。

HP filter ---- DC wander 对眼图的影响，根据run length，RC，和衰减的要求来计算。

Noise对于BER的影响，最后会得到一个公式，反应了信噪比和BER之间的关系。

Phase noise的概念和计算公式，三种jitter的概念（绝对jitter，cycle to cycle jitter，period jitter），jitter和phase noise之间的简单关系式。

Noise对jitter的影响，与BER有关（信噪比），与rising/falling时间有关（也就是说带宽）。传输线的一些基本概念。

第三章：光器件特性

（1）：激光二极管的一些指标

效率，光谱纯净度，阈值电流，电压降落，开关速度，输出功率（与速度成反比），寿命

（2）：激光二极管的一些特性

Turn-on delay: 每次可能不同，表现为jitter

Frequency Chirping: 激光的频率会受到输入电流（零，一）的调制，展宽了激光的频谱，引起后面光通信中的色散问题。

Relaxation Oscillation：在电流跃变的过程中，电子和光子从自发辐射到受激辐射需要一个交换稳定时间，表现为输出光能量的ringing，此过程也会展宽光谱；为了克服Turn-on delay 和Relaxation Oscillation，在loigc zero时只会部分的关闭激光器，这样会影响到消光比（ER）。Drift with Aging and Temperature：阈值电流随着温度改变。

（3）：光纤

光纤损耗loss：

光纤色散dispersion：最小loss和最小dispersion的波长并不在同一点，需要一个选择折中。

（4）：Photo diode

灵敏度和效率

第四章：TIA

（1）：TIA参数

噪声（BER=10e-12, I inpp/I noise,rms=14），带宽（0.7×Rb），增益，过载响应（AGC控制），输出阻抗

在输出端计算总噪声（噪声积分），信号会乘以中频增益到输出端，然后计算SNR。

所以在计算输入端等效总噪声的时候要用输出端总噪声除以中频增益来算。

还提到了一个平均输入噪声的概念，就是输入总噪声除以-3dB频率。

还提到了一个噪声带宽的概念，就是总噪声除以低频噪声，用以在低频噪声相同的情况下比较噪声的大小。

（2）：TIA的结构

因为噪声约束的问题，TIA的结构不能很复杂，所以基本上分两种，开环和反馈结构。

开环结构---共栅级（CG）：这种结构在noise控制方面几乎没有自由度，很难实现低噪声设计，优点是带宽可能比较好。

反馈TIA：

一阶反馈TIA：把OP当作一个理想的增益级A。

两阶反馈TIA：把OP当作一个单极点的增益级，低频增益为A，极点为w0。

临界阻尼的条件下：

W0等于两倍的一阶反馈TIA的带宽，W0越大越偏向过阻尼的状态。

此时两阶反馈TIA的带宽2^0.5倍的一阶反馈TIA的带宽，随着W0的增加两阶反馈TIA的带宽趋近于一阶反馈TIA的带宽。

TIA的电源抑制特性，最好用差分的结构，缺点是等效input noise电流会变大为2^0.5倍。差分结构不但能降低电源的影响，同时也能很大程度上减轻信号之间的couple。所以差分TIA的另一端接管不接信号，但是最好也要跟PD这条线对称（相同的path和bonding）。

TIA性能提高：

增益的提高，通过PMOS吸收一部分偏置电流来增加Rd提高增益，但是这样噪声会增加。通过两极间AC couple，可以让第一级有更大的voltage drop，然后更大的增益和更小的噪声，但是这样AC couple的高通带宽会要求电容电阻很大，这样带宽不容易做上去。

通过引入inductive peaking，扩展带宽。

自动增益控制（AGC），通过感知平均电流or电压，来调节反馈电阻，但这样会使得稳定性变差（欠阻尼），需同步调整增益；同时也要考虑调节范围和敏感度的折中（敏感度太高也不利于稳定），最后引入额外的期间会引入电容降低带宽。

最后是几种比较新的TIA结构，在CG的基础上加上Feecback构成，或者TIA加一个Gain Peaking来拓展带宽。

性能参数：

输入电容，带宽（通常等于data rate，high slew rate），噪声，增益（一般串联三到四级），输出驱动能力，jitter，offset电压

多级级联：

级联后的带宽计算公式；总增益一定的情况下，最优的级数来取得增益和带宽的最优折中；另外考虑到噪声和功耗，一般不会多于五级；另外小信号的带宽估计一般是比较悲观的，因为后面几级往往会经历大信号过程，大信号过程速度只受限于每级本身的RC，看不到串联的效果；为了推50ohm，需要"tapered"来逐级增加驱动能力。

AM（幅度调制）和PM（相位调制）的转化说明了幅度的变化（Noise，ISI等）会引起相位的变化（jitter）。可以通过最大最小信号来看这种情况jitter的最大值，这个结果是相当保守的。

带宽扩展技术：

Inductive peaking；

Capacitive degeneration:以增益换带宽，额外的好处是输入电容会减小，有利于上一次看到的loading减小，增大整体的带宽。但是如果我减小Rd岂不是一样可以得到相同的效果，只是减小Rd是有利于输出点的极点和带宽。

Cherry-Hooper Amplifier:通过local feedback，增益基本和普通的LA一样，但是在X,Y点的阻抗会变低，能获得更高频的极点。缺点就是需要更高的电源电压，同时在大信号时反馈的好处开始减弱。

Ft doubler：

降低输入电容（串联）；缺点是功耗增加，电压裕度降低，输出点的电容加倍；用在输出buffer 级比较多。

T-Coil Peaking：

恒定输入阻抗，带宽扩展，一般inductive peaking的零点也没有了。

Negative Capacitance:

两种结构：

输入端的负电容，容易在输出端形成负载；

输出端的负电容，容易抵消过分形成震荡（ringing），影响ISI。

Active Feedback：

能够获得带宽的增加，但是也牺牲更多的电压裕度为代价。

如果我们减小电阻，增加电流，减小管子尺寸，保持相同的电压裕度也能获得很大的带宽增加，所以说这种方法获得的好处是否也可以用其他方法获得，都需要付出不同的代价。

Triple-Resonance Peaking：

三重谐振频率来扩展带宽。