CMOS工藝復接器模塊中選擇器的設計

眾所周知，組織通信的一個缺點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到tb/s（1015b/s）數(shù)量級，光纖傳輸系統(tǒng)的產(chǎn)生極大地滿足了數(shù)字時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年低損耗光纖問世以來，光纖通信技術得到了迅速發(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)字通信標準相繼建立[1]。光纖傳輸通信逐漸成為通信領域的一種重要的傳輸方式。

在光纖傳輸系統(tǒng)中，復接器將多信道傳輸?shù)亩嗦返退傩盘柡铣梢宦犯咚傩盘枺す怛?qū)動器驅(qū)動激光二極管將合成后的信號轉換成光信號通過光纖進行傳輸。復接器的使用提高了光纖信道容量的利用率，是實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)年P鍵電路之一。圖1為高速2：1復接器的框圖，兩組輸入數(shù)據(jù)d1和d2經(jīng)過觸發(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 選擇器的電路設計

數(shù)據(jù)選擇器也叫多路開關，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述如下：如果一個與門的某個輸入端加數(shù)據(jù)信號，門的其他輸入端加選通信號，當其選通信號都為高電平時，則與門的輸出即等于該輸入數(shù)據(jù)信號。此時，可以說該輸入信號已經(jīng)被選中并送到輸出端。

圖2是以mos晶體管差分對為單元的scfl2：1數(shù)據(jù)選擇器基本電路。邏輯運算部分有3個差分對管，分上下兩層，時鐘信號輸入下層的差分對管，兩路差分的數(shù)據(jù)連接上層的兩個差分對管，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工作在開關狀態(tài)，由系統(tǒng)的時鐘控制。當ck為高電平，ckn 為低電平時，m5導通，m6截止，m1和m2工作在限幅區(qū)，m3和m4無效。數(shù)據(jù)d1，d1n，通過m1和m2傳輸?shù)絛0，d0n。反之，當ck為低電平，ckn為高電平時，m6導通，m5處于截止狀態(tài)，m3和m4工作，m1和m2無效。數(shù)據(jù)d2，d2n通過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)整是電路設計中重要而又煩瑣的工作。如何才能快速、準確地進行參數(shù)調(diào)整，這里介紹一種作者從實際的工作中總結出來的，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)整過程中要注意晶體管的對稱性。因為scfl結構的許多優(yōu)點都來自他的對稱性。對于一個待調(diào)整的子電路，首先觀察他的電路結構，將晶體管按功能和結構分成若干組。在參數(shù)調(diào)整時，每組晶體管的參數(shù)應盡量保持一致，這樣既滿足了電路結構的要求，又減少了工作量，而且也是版圖設計的需要。在版圖設計中要盡量保持版圖的對稱性，這就體現(xiàn)在參數(shù)調(diào)整中，需要注意相同功能和結構的晶體管參數(shù)的一致性。每次只調(diào)整一組晶體管的參數(shù)。當所有組的晶體管參數(shù)都達到最佳狀態(tài)后，再進行總體的調(diào)整，使子電路的性能達到最佳。另外在參數(shù)調(diào)整過程中要有規(guī)律性，從小到大或者從大到小，每次的參數(shù)及其結果要記錄下來，這樣，可以清楚地看出晶體管參數(shù)對電路性能的影響，避免重復勞動，節(jié)省了大量的時間。

觀察圖2，scfl選擇器的電路結構，可以看出，邏輯運算部分共有3個差分對管，分上下兩層。根據(jù)差分結構的特點，構成差分對的2個晶體管的參數(shù)應該保持一致，m1和m2，m3和m4,m5和m6分別分為一組，再看上層的兩個差分對，他們在時鐘的不同階段分別實現(xiàn)相同的功能，所以可以將m1，m2，m3和m4合并為一組，有源負載m9和m10可以分為一組，構成源極跟隨器的m7和m12，m8和m13可直接影響輸出信號的中心電平，為了使輸出信號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。

這里以構成源極跟隨器的m7，m8這組晶體管為例簡單介紹參數(shù)的調(diào)整過程。改變這兩個管子的寬長比可以改變源極跟隨器的輸出信號幅度。圖3分別是w7＝w8＝4u和w7＝w8＝16u，他們的長都為0.6u時輸出信號的幅度變化。從圖中可以明顯看出，m7，m8的柵寬變大，柵長不變，輸出信號的幅度也變大。了解這一變化趨勢后，就可以根據(jù)設計的中要求來調(diào)整m7和m8的柵寬，使輸出信號的幅度達到合適的范圍。其他組的元件參數(shù)也是這樣根據(jù)要求逐一進行調(diào)整，最終達到電路的設計要求。

4 仿真結果

仿真采用了 csmc－h(huán)j0.6μm cmos工藝的器件參數(shù)庫，環(huán)境溫度為27℃。輸入的兩組數(shù)據(jù)信號一組全為1，另一組全為0，輸入155.52mhz的正弦信號作為時鐘信號，如圖（4）所示。仿真結果如圖4（b）所示，分析可知，選擇器的輸出信號應為0，1相間的序列。

5 結語

設計中采用了源極耦合場效應管邏輯電路，并采用0.6μm cmos工藝來實現(xiàn)了選擇器，在參數(shù)調(diào)整過程中總結出一種新的方法－觀察分組法，從仿真結果看，該電路實現(xiàn)了數(shù)據(jù)選擇的功能，電路的參數(shù)也都達到最優(yōu)。