Zur Seitenansicht

Titelaufnahme

Links
Download
Klassifikation
Zusammenfassung
  • Diese Arbeit behandelt die Theorie und Implementierung einer referenzlosen Full-Rate Non-Return-to-Zero (NRZ) Bang-Bang Clock and Data Recovery (BBCDR), die für optische Hochgeschwindigkeits-Transceiver in hybrider und Electronic-Photonic Integrated Circuits (EPIC)-Integration entwickelt wurde. Basierend auf dem nichtlinearen Alexander-Phasendetektor (PD) zur inhärenten Taktrückgewinnung und Neutaktung der Daten (Retiming) werden umfassende nichtlineare Modelle erstellt. Diese charakterisieren die Phase-Locked Loop (PLL) zweiter Ordnung mit getrenntem Proportional- und Integralzweig. Zur Überwindung des durch strenge Jitter-Anforderungen limitierten Akquisitionsbereichs wird ein neuartiges Verfahren zur Frequenzakquisition vorgestellt. Dabei wird die nominelle Frequenz des spannungsgesteuerten Oszillators (engl.: Voltage Controlled Oscillator, VCO) während des PLL-Betriebs gezielt verstimmt. Dies erfolgt entweder durch eine extern angelegte modulierte Offsetspannung oder durch einen modulierten Offsetstrom, der in den Integralzweig injiziert wird. Diese kontrollierte Verstimmung erweitert den Akquisitionsbereich über den einer herkömmlichen BBCDR-Architektur hinaus, bei nur geringfügig höherer Komplexität und Leistungsaufnahme. Darüber hinaus ermöglicht eine permanente Offsetmodulation eine Automatisierung des Akquisitionsprozesses. Die theoretischen Grundlagen der vorgeschlagenen Techniken sowie deren Betriebsbedingungen und Grenzen werden ausführlich diskutiert. Während die Modulation des Offsetstroms eine Akquisition über den gesamten Abstimmbereich des VCO ermöglicht, deckt die externe Offsetspannungsmodulation etwa ein Drittel dieses Bereichs ab. Die vorgeschlagenen Techniken wurden anhand von Messungen an Full-Rate NRZ-BBCDR-Schaltungen validiert, die in verschiedenen Halbleitertechnologien gefertigt wurden, von 250nm Silicon Germanium (SiGe)-Bipolar CMOS (BiCMOS) bis 22nm Fully Depleted Silicon On Insulator (FD-SOI) CMOS. Die Ergebnisse zeigen eine effektive Erweiterung des Akquisitionsbereichs, ein energieeffizientes Design und die Eignung für optische Hochgeschwindigkeits-Kommunikationssysteme der nächsten Generation.
Abstract
  • This work presents the theory and implementation of a reference-less, full-rate Non-Return-to-Zero (NRZ) Bang-Bang Clock and Data Recovery (BBCDR) designed for high-speed optical transceivers in hybrid and Electronic-Photonic Integrated Circuits (EPIC) integration. Utilizing the transition-based nonlinear Alexander Phase Detector (PD) for inherent clock recovery and data retiming, comprehensive nonlinear models are developed to characterize the second-order Phase-Locked Loop (PLL) with distinct proportional and integral branches. To overcome the limited acquisition range constrained by stringent jitter requirements, a novel frequency acquisition technique is introduced. The technique employs either a modulated offset voltage applied externally to the Voltage Controlled Oscillator (VCO) or a modulated offset current applied within the integral branch to deliberately detune the nominal VCO frequency during PLL operation. This controlled detuning extends the acquisition range beyond that of conventional BBCDR architectures, while only marginally increasing complexity and power dissipation. Moreover, permanent offset modulation automates the acquisition process.Theoretical foundations of the proposed techniques, along with their operating conditions and limitations, are discussed in detail. Offset current modulation enables full acquisition across the entire VCO tuning range, whereas external offset voltage modulation achieves approximately one-third coverage. The proposed techniques are validated through measurements on full-rate NRZ BBCDR chips fabricated across diverse technology nodes, ranging from 250nm Silicon Germanium (SiGe) Bipolar CMOS (BiCMOS) to 22nm Fully Depleted Silicon On Insulator (FDSOI) CMOS. The results demonstrate effective acquisition range extension, power-efficient design, and suitability for next-generation high-speed optical communication systems.
Inhalt
Statistik
  • Das PDF-Dokument wurde 3 mal heruntergeladen.
Lizenz-/Rechtehinweis