基于SiGe BiCMOS工藝的ECL觸發(fā)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種ECL觸發(fā)器，特別涉及一種基于SiGe BiCMOS工藝的ECL觸發(fā)器。它適用于超高速數(shù)字電路、光通信、雷達、微波通信等領(lǐng)域中的解復(fù)用器(DEMUX)。
【背景技術(shù)】
[0002]ECL觸發(fā)器一直是光通信系統(tǒng)中高速數(shù)據(jù)鏈路部分的核心基本電路。根據(jù)其在系統(tǒng)中的不同位置及外圍配置條件，它完成的功能也不盡相同。例如，它可以保障高速數(shù)據(jù)信號的正確接收，也可以實現(xiàn)高速時鐘信號的分頻處理。但是，ECL觸發(fā)器總是工作在系統(tǒng)工作頻率要求最高的部分，可以說ECL觸發(fā)器的正常工作是整個光通信系統(tǒng)正常工作的前提。近年來，隨著光通信技術(shù)的飛速發(fā)展，系統(tǒng)對ECL觸發(fā)器的工作頻率要求越來越高，目前已達到1GHz的量級。
[0003]常規(guī)的ECL觸發(fā)器電路如圖1所示，它由主鎖存器MLATCH1和從鎖存器MLATCH2串接組成。MLATCH1和MLATCH2兩個模塊的物理構(gòu)成完全相同，但是MLATCH1和MLATCH2剛好在完全相反的時鐘電平下工作，這樣它們就實現(xiàn)了一個邊沿敏感的ECL觸發(fā)器。
[0004]下面，分析一下這種常規(guī)ECL觸發(fā)器的具體工作原理。
[0005]當CLKN為高電平，CLKP為低電平時，MLATCH1與外界連通，完全接收DN和DP端送入的數(shù)據(jù)，并將接收到的信號轉(zhuǎn)換成中間信號，中間信號存儲在電氣節(jié)點MX、MY中，然后中間信號被送入MLATCH2中的MQjP MQ 8的基極，但此時MLATCH2與外界隔離，并不馬上接收MLATCH1送入的信號，而僅僅保持已有的數(shù)據(jù)不變；
[0006]當CLKN為低電平，CLKP為高電平時，MLATCH1與外界隔離，DN、DP端口數(shù)據(jù)的變化不再影響MLATCH1的輸出，MLATCH1僅僅保持已有的中間信號不變，但MLATCH2與外界連通，立刻接收MX、MY節(jié)點上存儲的中間信號，MLATCH2將中間信號轉(zhuǎn)換，然后通過0UTP、0UTN輸出。
[0007]所以，從整體來看，ECL觸發(fā)器只在時鐘電平切換的邊沿傳遞數(shù)據(jù)，而其他時刻數(shù)據(jù)的改變不影響輸出，這種特性決定了該觸發(fā)器有很強的抑制噪聲的能力。另外電路采用全差分結(jié)構(gòu)，這令它的噪聲抑制能力又提升了一個檔次。
[0008]但這種ECL觸發(fā)器也有明顯的缺點，它完全由晶體管(MQ1-MQ14)和電阻(MRfMR4)兩種器件構(gòu)造的，沒有電感元件，工作頻率不高。
[0009]由于晶體管自身的特性，隨著頻率的增高，晶體管的放大能力總是減弱的。
[0010]信號要從輸入端DN、DP傳遞到OUTN、OUTP,就必須經(jīng)過中間節(jié)點MX、MY。隨著頻率的增高，如果信號傳遞到中間節(jié)點時增益已下降為零，顯然輸出端信號也必然為零，這時觸發(fā)器工作失效，此時的頻率就是觸發(fā)器的最高工作頻率。這也說明要提升觸發(fā)器的工作頻率，必須改善觸發(fā)器的高頻增益響應(yīng)。
[0011 ] 傳統(tǒng)的ECL觸發(fā)器也是由兩個物理結(jié)構(gòu)完全相同的鎖存器MLATCH1和MLATCH2組成，MLATCH1和MLATCH2的電氣響應(yīng)完全相同，唯一差別只是工作的時鐘電平剛好相反。
[0012]這里我們僅分析MLATCH1的特性，由于MLATCH1又是全對稱結(jié)構(gòu)，信號從DN端到節(jié)點MX的響應(yīng)與從DP端到節(jié)點MY的電氣響應(yīng)完全相同，只是相位剛好相反，這里僅分析信號從DN端到中間節(jié)點MX的電氣響應(yīng)。
[0013]假設(shè)MQl的小信號跨導(dǎo)為Gm7，S為復(fù)頻率j ω，Mki的電阻為R，MX節(jié)點的所有寄生電容為CMX，圖2畫出了 MX節(jié)點中的所有寄生電容，它包括MQl的集電極電容Cmqi，MQ4的集電極電谷 CMQ4，MQ3 的基極電谷 CMQ3，MQ8 的基極電谷 CMQ8，Cmx — C MQ1//Cmq4//Cmq3//Cmq8
[0014]那么從DN端到中間節(jié)點MX的小信號增益為:
[0015]Avl= Gm7* (R//S.Cmx) (I)
[0016]當頻率較低時，MRl起主導(dǎo)作用，Cmx的作用幾乎可以忽略，電路增益近似一個恒定值；當頻率很高時，MRl的作用幾乎可以忽略，Cmx起主導(dǎo)作用，電路增益劇烈滾降。以上現(xiàn)象可以從圖4中明顯看出，當工作頻率在O?4GHz之間變化時，常規(guī)觸發(fā)器增益幾乎是恒定的4.5dB左右，增益曲線Avi (圖4中的虛線部分)近乎一條橫線；而工作頻率大于6GHz后，增益劇烈滾降，增益曲線Avi近乎一條向下的斜線，到8GHz時，增益降低到零，觸發(fā)器工作失效。
[0017]在標準商用0.18 μπι SiGe BiCMOS工藝條件下，該電路結(jié)構(gòu)的最高工作頻率為8GHz，已不能滿足現(xiàn)代光通信的系統(tǒng)要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0018]為了克服常規(guī)ECL觸發(fā)器工作頻率不高的問題，本發(fā)明提出一種新的基于SiGeBiCMOS工藝的ECL觸發(fā)器，在常規(guī)ECL觸發(fā)器電路的基礎(chǔ)上引入片上電感元件，在不減小晶體管尺寸的前提下，實現(xiàn)電路高頻工作性能的有效改善。
[0019]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一種基于SiGe BiCMOS工藝的ECL觸發(fā)器含有:
[0020]時鐘高電平鎖存電路單元LATCHl，包括:晶體管MQ1、晶體管MQ2、晶體管MQ3、晶體管MQ4、晶體管MQ5、晶體管MQ6、晶體管MQ13、電阻MR1、電阻MR2、電感Lp電感L2;
[0021]其中，MQ1的基極接數(shù)字反相端DN，MQ2的基極接數(shù)字同相端DP，MQ5的基極接時鐘反相端CLKN，MQ6的基極接時鐘同相端CLKP，MQ 13的基極接偏置電壓端VB，MQ 13的發(fā)射極接地端GND，1^的正端接電源端VDD，電感L 2的正端接電源端VDD，MQ i的發(fā)射極、MQ 2的發(fā)射極、集電極連接在一起，MQ 3的發(fā)射極、MQ 4的發(fā)射極、MQ 6的集電極連接在一起，MQ 5的發(fā)射極、MQ6的發(fā)射極、MQ 13的集電極連接在一起；MQ i的集電極、MQ 3的基極、MQ 4的集電極、電阻MR1的負端連接在一起，連接點為X，MQ 2的集電極、MQ 4的基極、MQ 3的集電極、電阻MR 2的負端連接在一起，連接點為Y，1^的負端接MR郝正端，L 2的負端接MR 2的正端；和
[0022]時鐘低電平鎖存電路單元LATCH2，包括:晶體管MQ7、晶體管MQ8、晶體管MQ9、晶體管MQ1(1、晶體管MQn、晶體管MQ12、晶體管MQ14、電阻MR3、電阻MR4、電感L3、電感L4;
[0023]其中，MQ7的基極接節(jié)點Y，MQ8的基極接節(jié)點X ；MQ n的基極接時鐘同相端CLKP，MQ12的基極接時鐘反相端CLKN ;MQ14的基極接偏置電壓端VB ；MQ 14的發(fā)射極接地端GND ;電感L 3的正端接電源端VDD，1^4的正端接電源端VDD，MQ 7的發(fā)射極、MQ 8的發(fā)射極、MQ n的集電極連接在一起；MQ9的發(fā)射極、MQ 1(|的發(fā)射極、MQ 12的集電極連接在一起，MQ n的發(fā)射極、MQ 12的發(fā)射極、MQ1^集電極連接在一起，MQ 7的集電極、MQ 1(|的基極、MQ 9的集電極、電阻MR 3的負端連接在一起，與輸出正端OUTP相接，MQ8的集電極、MQi^基極、MQ 1(|的集電極、電阻MR 4的負端連接在一起，與輸出負端OUTN相接，1^的負端接MR 3的正端，L 4的負端接MR 4的正端。
[0024]所述電感U、L2、L3、L4采用片上螺旋電感實現(xiàn)，自感值在500pH?2nH之間。
[0025]有益效果:
[0026]與常規(guī)的ECL觸發(fā)器相比，本發(fā)明的基于SiGe BiCMOS工藝的ECL觸發(fā)器具有以下特點:
[0027]1.在常規(guī)ECL觸發(fā)器的基礎(chǔ)上，引入了四個電感L1, L2, L3, L4，這四個電感做ECL觸發(fā)器的負載，隨著工作頻率的增加，電感的阻抗值逐漸增加，它有效地補償了晶體管的本征增益衰減速率，因此本發(fā)明電路的ECL觸發(fā)器工作頻率更高。
[0028]圖4中的虛線是常規(guī)ECL觸發(fā)器的增益響應(yīng)曲線，實線是本發(fā)明ECL觸發(fā)器的增益響應(yīng)曲線。從圖4中可看出，當頻率達到8GHz時，常規(guī)ECL觸發(fā)器增益下降為OdB ;而本發(fā)明的ECL觸發(fā)器在頻率達12GHz時，增益才下降到OdB，最高工作頻率提升50%。
[0029]2.本發(fā)明引入的四個電感L1, L2, L3, 1^4可以采用片上電感實現(xiàn)，電感采用相同的工藝制作，一致性好，可靠性高。
【附圖說明】
[0030]圖1為常規(guī)ECL觸發(fā)器的電路圖；
[0031]圖2為常規(guī)ECL觸發(fā)器的電路圖(帶MX節(jié)點的寄生電容);
[0032]圖3為本發(fā)明基于SiGe BiCMOS工藝的ECL觸發(fā)器的電路圖；
[0033]圖4為常規(guī)ECL觸發(fā)器與本發(fā)明ECL觸發(fā)器的增益-頻率響應(yīng)曲線對比圖。
【具體實施方式】
[0034]本發(fā)明的基于SiGe BiCMOS工藝的ECL觸發(fā)器的電路圖如圖3所示，它主要包括高電平鎖存電路LATCHl和低電平鎖存電