56 Gbit/s低功耗分数间隔FFE PAM4 SerDes发射机设计
DOI:
作者:
作者单位:

(1. 南京邮电大学 集成电路科学与工程学院, 南京 210023;2. 东南大学 毫米波国家重点实验室, 南京 210096)

作者简介:

王新武(1997—),男(汉族),四川成都人,硕士研究生,主要研究方向为模拟集成电路设计。 张长春(1981—),男(汉族),河南南阳人,博士,教授,博士生导师,主要研究方向为有线/无线收发器及能量收集芯片设计。通信作者。

通讯作者:

中图分类号:

TN432; TN830

基金项目:

国家自然科学基金资助项目(62174090);毫米波国家重点实验室开放课题(K202325)


Design of 56 Gbit/s Low-Power PAM4 SerDes Transmitter with Fractionally-Spaced FFE
Author:
Affiliation:

(1. College of Integrated Circuit Science and Engineering, Nanjing University of Posts and Telecommunications, Nanjing 210023, P. R. China;2. State Key Laboratory of Millimeter Waves, Southeast University, Nanjing 210096, P. R. China)

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    摘要:

    采用65 nm CMOS工艺设计了一款用于高速芯片互联的四电平脉冲幅度调制(PAM4) SerDes发射机。该发射机主要由最高有效位通道和最低有效位通道、时钟产生路径、前馈均衡模块、接口驱动电路等构成。采用一种无锁存的并串转换技术,以降低功耗;采用一种分数型前馈均衡技术,获得了超出奈奎斯特频率点的频率补偿峰值,从而扩展频率补偿范围,使输出信号能更好地适应信道。此外,采用带预充电结构的4∶1并串转换器,减小电荷共享效应对电路的影响。仿真结果表明,在1 V电源电压下,整体电路能实现56 Gbit/s PAM4输出信号,输出眼图清晰,且获得电平失配率为93.1%的高线性度,输出摆幅达到480 mV,功耗为75 mW。

    Abstract:

    A four-level pulse amplitude modulation (PAM4) SerDes transmitter for high-speed inter-chip interconnections was designed using a 65 nm CMOS technology. The entire transmitter comprises most significant bit (MSB) channels, least significant bit (LSB) channels, clock generation paths, feedforward equalization modules, and interface drivers. A latchless parallel-to-serial conversion technique is used to minimize power consumption. A fractional feedforward equalization technique is employed to extend the frequency compensation range beyond the Nyquist frequency to enhance the adaptability of the output signal to the channel. Additionally, a 4∶1 parallel-to-serial converter with pre-charge ability is utilized to mitigate the impact of the charge-extraction effects. Simulation results demonstrate that the designed transmitter achieves a 56 Gbit/s PAM4 output signal at a supply voltage of 1 V, a clear output eye image, a high-linearity of the level mismatch ratio (RLM) of 93.1%, an output swing of 480 mV, and a power consumption of 75 mW.

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  • 收稿日期:2023-08-02
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  • 在线发布日期: 2024-06-27
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