高速接收器電路和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明總體上涉及高頻接收器，并且具體而言，涉及用于高頻應(yīng)用的增益峰化放 大器和均衡。
【附圖說明】
[0002] 在附圖的圖中通過示例的方式而非限制的方式示出了本發(fā)明的實(shí)施例，在附圖 中，相似的附圖標(biāo)記指代相似的要素。
[0003] 圖1顯示了具有三個(gè)級(jí)聯(lián)級(jí)的常規(guī)復(fù)合增益峰化放大器（GPA)。
[0004] 圖2顯示了用于圖1的復(fù)合GPA的常規(guī)gm-RLGPA級(jí)。
[0005] 圖3是根據(jù)一些實(shí)施例的顯示單個(gè)GPA增益級(jí)的示圖。
[0006] 圖4顯示了根據(jù)一些實(shí)施例的由三個(gè)級(jí)聯(lián)GPA級(jí)形成的復(fù)合GPA放大器。
[0007] 圖5顯示了根據(jù)一些實(shí)施例的具有自適應(yīng)均衡和諸如圖4的放大器之類的復(fù)合放 大器的接收器。
[0008] 圖6是根據(jù)一些實(shí)施例的更詳細(xì)地顯示圖3的GPA級(jí)的電路。
[0009] 圖7是根據(jù)一些實(shí)施例的顯示用于復(fù)合放大器中的GPA的偏移控制拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的示 圖。
[0010] 圖8A-8C是根據(jù)一些實(shí)施例的顯示用于控制偏移控制拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的電壓偏移檢測 概念的示圖。
[0011] 圖9顯示了根據(jù)一些實(shí)施例的GPA偏移檢測的真值表。
[0012] 圖10A和10B示出了根據(jù)一些實(shí)施例的用于使用復(fù)合GPA來使頻率響應(yīng)成形的第 一模式和第二模式。
[0013] 圖11顯示了根據(jù)一些實(shí)施例的用于LC-LC雙諧振電路的電路布局實(shí)施方式。
[0014] 圖12顯示了根據(jù)一些實(shí)施例的用于級(jí)聯(lián)的SDG-Gm和LC-Tia塊的AC等效電路。
[0015] 圖13顯示了根據(jù)一些實(shí)施例的用于負(fù)電容單元和輸入導(dǎo)納的AC等效電路。
[0016] 圖14顯示了根據(jù)一些實(shí)施例的用于級(jí)聯(lián)的SDG-Gm和LC-Tia塊的AC等效電路， 并且SDG-Gm和LC-Tia塊包括負(fù)電容單元。
[0017] 圖15是根據(jù)一些實(shí)施例的顯示具有復(fù)合GPA和利用裝箱的邊沿均衡的接收器的 示圖。
[0018] 圖16A是根據(jù)一些實(shí)施例的顯示具有理想均衡的過零分布圖的示圖。
[0019] 圖16B是根據(jù)一些實(shí)施例顯示的具有過度均衡的過零分布圖的示圖。
[0020] 圖16C是根據(jù)一些實(shí)施例顯示的具有不足均衡的過零分布圖的示圖。
[0021] 圖17是根據(jù)一些實(shí)施例的顯示n裝箱標(biāo)準(zhǔn)的圖表。
[0022] 圖18顯示了根據(jù)一些其它實(shí)施例的顯示n裝箱標(biāo)準(zhǔn)的圖表。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 串行I/O接口正在以不斷增大的速度被驅(qū)動(dòng)。例如，芯片至芯片通道可以以28Gb/ 8或更高的速率進(jìn)行操作。由于嚴(yán)重的傳輸線路損耗和相當(dāng)大的信號(hào)反射，這種通道對(duì)于串 行I/O設(shè)計(jì)變得更有挑戰(zhàn)性。其對(duì)于設(shè)計(jì)并實(shí)施諸如通常用于高頻串行I/O接收器中的增 益峰化放大器（GPA)等的接收器放大器尤其有挑戰(zhàn)性。（GPA有時(shí)也被稱為CTLE，連續(xù)時(shí)間 線性均衡放大器）。
[0024] 圖1顯示了具有三個(gè)級(jí)聯(lián)級(jí)的常規(guī)復(fù)合增益峰化放大器（GPA)，并且圖2顯示了常 規(guī)GPA級(jí)電路實(shí)施方式。如圖2所示，可以利用Gm-RL拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來設(shè)計(jì)這種現(xiàn)有GPA解決 方案。不幸的是，這種電路具有許多限制。可獲得的GPA增益-帶寬乘積，其作為放大器的 最大速度能力的指示，主要由輸出RC時(shí)間常數(shù)，即RL*Cout來確定，其中，Cout是輸出負(fù)載 和總寄生?？鐚?dǎo)（Gm或gm)與項(xiàng)IR*W/L(W和L分別對(duì)應(yīng)于所用晶體管的寬度和長度）的 平方根成比例。因此，需要偏置電流IR和器件尺寸W/L中的相當(dāng)大的增量來做出實(shí)質(zhì)的gm 變化。
[0025] 此外，RL還受到輸出DC共模電平的條件的限制，以確保差動(dòng)對(duì)放大器的足夠的飽 和裕量（輸出DC=Vcc-RL*IR)。兩個(gè)級(jí)聯(lián)的相同增益級(jí)給出了 36%的帶寬減小，而三個(gè) 級(jí)聯(lián)的相同增益級(jí)給出了 48%的帶寬減小。
[0026] 對(duì)于高頻應(yīng)用，通過利用RL與額外電感器的串聯(lián)組合替換RL來修改設(shè)計(jì)（如圖 2所示）。然而，大多數(shù)前述缺點(diǎn)仍適用于該衍生的gm-RL拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。因此，可能期望新的 方案。
[0027] 圖3顯示了根據(jù)一些實(shí)施例的GPA級(jí)。該GPA電路包括如圖所示地耦合的源 極退化跨導(dǎo)級(jí)（SDG-Gm)、負(fù)電容單元（Negative-Cap)和具有LC諧振電路的跨阻抗級(jí) (LC-Tia)。每級(jí)中的負(fù)電容單元用來消除SDG-Gm部分的輸出處的內(nèi)部節(jié)點(diǎn)上的電容，這允 許提升放大器級(jí)的增益。例如，這與圖2的現(xiàn)有技術(shù)GPA級(jí)相反，現(xiàn)有技術(shù)GPA級(jí)使用輸出 電壓RL負(fù)載。具有內(nèi)部設(shè)置的負(fù)電容單元的GPA級(jí)反而使用例如NM0S器件的受控器件作 為具有高輸出阻抗的電流源。
[0028] 為了獲得大的（如果不是最大的）增益峰化性能，可以由級(jí)聯(lián)在一起的這些級(jí) 中的兩個(gè)或更多級(jí)來形成復(fù)合GPA。例如，圖4顯示了Cherry-Hooper放大器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中 的級(jí)聯(lián)在一起這些級(jí)中的三個(gè)級(jí)，該放大器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有用于控制增益參數(shù)的控制信號(hào) (Vent)，以改進(jìn)整個(gè)放大器的總體增益-帶寬響應(yīng)。因此，圖4的復(fù)合（Cherry-Hooper型） 放大器與由現(xiàn)有技術(shù)GPA級(jí)中的簡單地級(jí)聯(lián)在一起的三個(gè)級(jí)形成的放大器不同。
[0029] 圖5是具有速度增強(qiáng)的均衡技術(shù)的接收器的方框圖，該接收器采用如本文中所公 開的具有負(fù)電容單元并且具有偏移和共模控制的GPA級(jí)。在功能上，所公開的全速增益峰 化放大器（GPA)級(jí)可以提供CTLE的第一級(jí)，以更好地控制數(shù)據(jù)眼圖的開口，并且因此維持 隨后的數(shù)字均衡（例如，DFE和CDR塊）中的適當(dāng)操控?？梢钥刂艷PA以通過提升輸入數(shù) 據(jù)的高頻強(qiáng)度、并且還通過在需要時(shí)抑制低頻分量來補(bǔ)償輸入傳輸通道的總體低通頻率響 應(yīng)特性并且減輕符號(hào)間干擾（ISI)效應(yīng)。足夠的帶寬和增益峰化特性（即增益量和增益斜 率相對(duì)于頻率）可以用于獲得良好的GPA設(shè)計(jì)。
[0030] 圖6示出了用于圖3的單個(gè)GPA增益級(jí)的可能的電路實(shí)施例?；旧?，SDG-Gm和 LC-Tia塊被形成為具有Cherry-Hooper拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的RC退化放大器，以支持高頻均衡。并聯(lián) 負(fù)電容單元用于使SDG-Gm部分與LC-Tia塊之間的寄生電容最小化，并且其進(jìn)一步提升了 GPA增益級(jí)的AC性能。LC-LC塊用作由Mp5/Mn3和Mp6/Mn4形成的反相器的反饋元件。它 們對(duì)應(yīng)于彼此串聯(lián)的諧振電路（例如參見用于示例性1C芯片實(shí)施方式的圖11)。
[0031] 在SDG-Gm塊中，可變電容（VarC)和可變電阻（VarR)都用于控制接收器均衡。用 于控制VarC的信號(hào)確定操作頻帶上的GPAAC增益斜率。通常期望產(chǎn)生與傳輸線路的逆?zhèn)?遞函數(shù)匹配的AC響應(yīng)。可變電阻器（VarR)設(shè)定低頻增益并且提供最大峰值增益與低頻增 益的適當(dāng)比例?？勺冸娮杵骶W(wǎng)絡(luò)（VarR)的兩個(gè)電阻器串之間的探測端子vcm用于進(jìn)行先 前級(jí)聯(lián)的增益級(jí)上的輸出共模檢測。
[0032] 如圖所示，所描繪的負(fù)電容單元由具有分路電容器的交叉耦合的NM0S電路形成。 負(fù)電容單元用來消除SDG-Gm與LC-Tia塊之間的寄生電容。（同樣參見用于單獨(dú)的以及集 成到SDG-Gm和LC-Tia塊中的負(fù)電容單元的AC分析的圖12-14)。
[0033]NM0S器件（Mnl和Mn2)被偏置在標(biāo)稱DC電流，但另一方面，NM0S器件還受到端子 Vosl和Vos2控制，以校正LC-Tia輸出端口的Vout處的輸出偏移電壓。在電源開啟并且接 收器處于校準(zhǔn)模式時(shí)，盡可能快地首先（即使并不總是）完成該偏移校正方案。
[0034] 在負(fù)電容塊中，兩個(gè)P型電流鏡（Mmrl和Mmr2)用于對(duì)交叉耦合的PM0S器件（Mp3 和Mp4)進(jìn)行偏置，并且還用于調(diào)整LC-Tia輸出端口處的輸出共模電壓Vout的DC電平。 Voctr信號(hào)控制負(fù)電容單元的偏置電流，并且因此控制峰化增益并且還控制總體復(fù)合GPA 放大器的增益/帶寬。
[0035] 在LC-Tia塊中，包含了具有局部反饋（跨它們的輸入和輸出的LC-LC)的一對(duì) CMOS反相器。在反饋路徑中利用了受控電阻器和雙LC諧振電路（例如，圖11的LC/LC單 元），用于熱和工藝變化補(bǔ)償以及高頻增益峰化。
[0036] 可以選擇不同