高速接收器電路和方法
【技術領域】
[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)明的實施例，在附圖 中，相似的附圖標記指代相似的要素。
[0003] 圖1顯示了具有三個級聯(lián)級的常規(guī)復合增益峰化放大器（GPA)。
[0004] 圖2顯示了用于圖1的復合GPA的常規(guī)gm-RLGPA級。
[0005] 圖3是根據(jù)一些實施例的顯示單個GPA增益級的示圖。
[0006] 圖4顯示了根據(jù)一些實施例的由三個級聯(lián)GPA級形成的復合GPA放大器。
[0007] 圖5顯示了根據(jù)一些實施例的具有自適應均衡和諸如圖4的放大器之類的復合放 大器的接收器。
[0008] 圖6是根據(jù)一些實施例的更詳細地顯示圖3的GPA級的電路。
[0009] 圖7是根據(jù)一些實施例的顯示用于復合放大器中的GPA的偏移控制拓撲結構的示 圖。
[0010] 圖8A-8C是根據(jù)一些實施例的顯示用于控制偏移控制拓撲結構的電壓偏移檢測 概念的示圖。
[0011] 圖9顯示了根據(jù)一些實施例的GPA偏移檢測的真值表。
[0012] 圖10A和10B示出了根據(jù)一些實施例的用于使用復合GPA來使頻率響應成形的第 一模式和第二模式。
[0013] 圖11顯示了根據(jù)一些實施例的用于LC-LC雙諧振電路的電路布局實施方式。
[0014] 圖12顯示了根據(jù)一些實施例的用于級聯(lián)的SDG-Gm和LC-Tia塊的AC等效電路。
[0015] 圖13顯示了根據(jù)一些實施例的用于負電容單元和輸入導納的AC等效電路。
[0016] 圖14顯示了根據(jù)一些實施例的用于級聯(lián)的SDG-Gm和LC-Tia塊的AC等效電路， 并且SDG-Gm和LC-Tia塊包括負電容單元。
[0017] 圖15是根據(jù)一些實施例的顯示具有復合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)一些實施例的顯示n裝箱標準的圖表。
[0022] 圖18顯示了根據(jù)一些其它實施例的顯示n裝箱標準的圖表。
【具體實施方式】
[0023] 串行I/O接口正在以不斷增大的速度被驅動。例如，芯片至芯片通道可以以28Gb/ 8或更高的速率進行操作。由于嚴重的傳輸線路損耗和相當大的信號反射，這種通道對于串 行I/O設計變得更有挑戰(zhàn)性。其對于設計并實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有時也被稱為CTLE，連續(xù)時間 線性均衡放大器）。
[0024] 圖1顯示了具有三個級聯(lián)級的常規(guī)復合增益峰化放大器（GPA)，并且圖2顯示了常 規(guī)GPA級電路實施方式。如圖2所示，可以利用Gm-RL拓撲結構來設計這種現(xiàn)有GPA解決 方案。不幸的是，這種電路具有許多限制?？色@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時間常數(shù)，即RL*Cout來確定，其中，Cout是輸出負載 和總寄生。跨導（Gm或gm)與項IR*W/L(W和L分別對應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中的相當大的增量來做出實質的gm 變化。
[0025] 此外，RL還受到輸出DC共模電平的條件的限制，以確保差動對放大器的足夠的飽 和裕量（輸出DC=Vcc-RL*IR)。兩個級聯(lián)的相同增益級給出了 36%的帶寬減小，而三個 級聯(lián)的相同增益級給出了 48%的帶寬減小。
[0026] 對于高頻應用，通過利用RL與額外電感器的串聯(lián)組合替換RL來修改設計（如圖 2所示）。然而，大多數(shù)前述缺點仍適用于該衍生的gm-RL拓撲結構。因此，可能期望新的 方案。
[0027] 圖3顯示了根據(jù)一些實施例的GPA級。該GPA電路包括如圖所示地耦合的源 極退化跨導級（SDG-Gm)、負電容單元（Negative-Cap)和具有LC諧振電路的跨阻抗級 (LC-Tia)。每級中的負電容單元用來消除SDG-Gm部分的輸出處的內部節(jié)點上的電容，這允 許提升放大器級的增益。例如，這與圖2的現(xiàn)有技術GPA級相反，現(xiàn)有技術GPA級使用輸出 電壓RL負載。具有內部設置的負電容單元的GPA級反而使用例如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，可以由級聯(lián)在一起的這些級 中的兩個或更多級來形成復合GPA。例如，圖4顯示了Cherry-Hooper放大器拓撲結構中 的級聯(lián)在一起這些級中的三個級，該放大器拓撲結構具有用于控制增益參數(shù)的控制信號 (Vent)，以改進整個放大器的總體增益-帶寬響應。因此，圖4的復合（Cherry-Hooper型） 放大器與由現(xiàn)有技術GPA級中的簡單地級聯(lián)在一起的三個級形成的放大器不同。
[0029] 圖5是具有速度增強的均衡技術的接收器的方框圖，該接收器采用如本文中所公 開的具有負電容單元并且具有偏移和共?？刂频腉PA級。在功能上，所公開的全速增益峰 化放大器（GPA)級可以提供CTLE的第一級，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）中的適當操控?？梢钥刂艷PA以通過提升輸入數(shù) 據(jù)的高頻強度、并且還通過在需要時抑制低頻分量來補償輸入傳輸通道的總體低通頻率響 應特性并且減輕符號間干擾（ISI)效應。足夠的帶寬和增益峰化特性（即增益量和增益斜 率相對于頻率）可以用于獲得良好的GPA設計。
[0030] 圖6示出了用于圖3的單個GPA增益級的可能的電路實施例?；旧希琒DG-Gm和 LC-Tia塊被形成為具有Cherry-Hooper拓撲結構的RC退化放大器，以支持高頻均衡。并聯(lián) 負電容單元用于使SDG-Gm部分與LC-Tia塊之間的寄生電容最小化，并且其進一步提升了 GPA增益級的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 們對應于彼此串聯(lián)的諧振電路（例如參見用于示例性1C芯片實施方式的圖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的信號確定操作頻帶上的GPAAC增益斜率。通常期望產生與傳輸線路的逆?zhèn)?遞函數(shù)匹配的AC響應?？勺冸娮杵鳎╒arR)設定低頻增益并且提供最大峰值增益與低頻增 益的適當比例?？勺冸娮杵骶W絡（VarR)的兩個電阻器串之間的探測端子vcm用于進行先 前級聯(lián)的增益級上的輸出共模檢測。
[0032] 如圖所示，所描繪的負電容單元由具有分路電容器的交叉耦合的NM0S電路形成。 負電容單元用來消除SDG-Gm與LC-Tia塊之間的寄生電容。（同樣參見用于單獨的以及集 成到SDG-Gm和LC-Tia塊中的負電容單元的AC分析的圖12-14)。
[0033]NM0S器件（Mnl和Mn2)被偏置在標稱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 收器處于校準模式時，盡可能快地首先（即使并不總是）完成該偏移校正方案。
[0034] 在負電容塊中，兩個P型電流鏡（Mmrl和Mmr2)用于對交叉耦合的PM0S器件（Mp3 和Mp4)進行偏置，并且還用于調整LC-Tia輸出端口處的輸出共模電壓Vout的DC電平。 Voctr信號控制負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 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償以及高頻增益峰化。
[0036] 可以選擇不同