光电子集成芯片的高速电路设计  080300M02011H

学期:2020—2021学年(春)第二学期 | 课程属性:一级学科普及课 | 任课教师:祁楠,张钊,刘剑
授课时间: 星期四,第5、6、7 节
授课地点: 教一楼215
授课周次: 1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15
课程编号: 080300M02011H 课时: 44 学分: 2.00
课程属性: 一级学科普及课 主讲教师:祁楠,张钊,刘剑 助教:
英文名称: High-speed Circuits Design for Photonic‐Electronic Integrated Chips (PEIC) 召集人:

教学目的、要求

本课程从高速信号完整性的基础知识切入,首先让学生对高速电路基本名词和概念理解并熟悉;接着,从发射机、接收机和时钟产生与恢复三大部分介绍光电收发机芯片的分析和设计方法,其中每部分均采用顶层指标、底层电路、顶层系统的路线进行讲述;最后,将介绍前沿的硅基光电子技术及其光/电集成。本课程特点是理论与实际紧密结合,除基础知识外的各部分都设置2个学时的专项研讨课,组织同学通过阅读典型文献在课上分组进行讲解。

预修课程

模拟集成电路基础,数字集成电路基础

教 材

主要内容

第一章:引言(2学时)

 1-1 引言

 1-2 概述

第二章:信号完整性基础(5学时)

 2-1,NRZ编码及特性,带宽特性,(1)

2-2,噪声和时间抖动(1)

 2-3,眼图、时域反射(TDR)以及S参数(1)

 2-4,信道与建模,高阶调制(1)

 2-5,光纤信道特性(1)



第三章:光电发射机(10学时)

 3-1,激光器与调制器(1)

 3-2,发射机关键指标及基本架构(2)

 3-3,合路器MUX(1)

 3-4,驱动器(2)

  3-4-1,电流型driver

  3-4-2,电压型driver 

 3-5,发射机均衡技术(2)

  3-5-1,FIR型预加重均衡

  3-5-2,其它类型预加重均衡

 3-6,习题课:VCSEL型电-光发射机芯片(2)



第四章:光电接收机(10学时)

 4-1,光电探测器:种类及建模(1)

 4-2,接收机关键指标及基本架构(2)

 4-3,跨阻放大器TIA(2)

  4-3-1,基本设计考虑:指标与计算

  4-3-2,开环型与反馈型TIA

 4-4,核心放大器(2)

  4-4-1,限幅放大器

  4-4-2,线性放大器与自动增益控制

 4-5,接收机均衡技术(1)

 4-5,习题课:典型光-电接收机芯片(2)             

第五章:时钟产生与恢复(9学时)

 5-1,振荡器(2)

  5-1-1,环形振荡器

  5-1-2,LC振荡器

 5-2,锁相环路(2)

  5-2-1,电荷泵型PLL

  5-2-2,其它类型PLL

 5-3,时钟与数据恢复CDR(2)

  5-3-1,相位检测:线性PD、Bang-Bang PD

  5-3-2,CDR架构:模拟与数字、锁频与锁相、噪声性能

 5-4,时钟分布(1)

 5-5,习题课:时钟分部方法、典型CDR芯片阅读与讨论(2)



第六章:硅基光电子与光电集成(5学时)

 6-1,硅基光子器件及其对电路的特殊需求(1)

 6-2,典型硅基光电子收发机与光电集成(2)

 6-3,习题课:典型微环型硅基光电子收发机(2)



第七章:硅基光子学前景展望(1学时) 



课程总结、考试(2学时)

参考文献

《Design of Integrated Circuits for Optical Communications –Second Edition》;Behzad Razavi, Wiley, 2012。 《Broadband Circuits for Optical Fiber Communication》;Eduard Saeckinger, Wiley, 2005。 《RF Microelectronics》(2012, 2nd edition),英文版:Behzad Razavi ,Prentice Hall。中文版:射频微电子学,机械工业出版社。 《通信电路原理》(2002, 第二版), 董在望 (清华大学),高等教育出版社。 《通信电路原理学习指导书》(2007),陈雅琴 (清华大学),高等教育出版社。《RF Microelectronics》(2012, 2nd edition),英文版:Behzad Razavi ,Prentice Hall。中文版:射频微电子学,机械工业出版社。 《通信电路原理》(2002, 第二版), 董在望 (清华大学),高等教育出版社。 《通信电路原理学习指导书》(2007),陈雅琴 (清华大学),高等教育出版社。