1、短距离光通信中多通道单芯片CMOS光接收器设计解析

短距离光通信中多通道单芯片CMOS光接收器设计解析

1. 数字电路发展趋势与通信瓶颈

数字高性能电路的规模和复杂度正呈指数级增长，这一趋势符合“摩尔定律”，即集成电路中的组件数量每18个月翻一番。技术的不断进步使得在单个芯片上能够实现越来越复杂的功能，同时降低了每个功能的成本，并提高了数字核心的工作频率。微处理器和数字信号处理器（DSP）中的数字核心因此受益，能够在更短的时间内处理更多的数据。

长距离通信系统由于路由处理器的改进，特别是光纤通信技术的发展，实现了显著的带宽提升。光通信介质利用基于激光（LASER）的光载波，拥有巨大的信号带宽。尽管过去几年互联网流量每12个月就翻一番，但在1995 - 2000年间，可用容量的增长速度更快。不过，到本十年末，当密集波分复用（DWDM）占据光纤的全部可用频谱时，增加额外容量的成本将会上升。目前，局域网（LAN）协议借助为长距离系统开发的现有光技术，以相对较低的成本实现了不断提高的多吉比特数据速率。然而，短距离（板对板和芯片对芯片）互连面临着更为严峻的瓶颈。

2. 微处理器I/O接口的现状与问题

当前，微处理器通过输入/输出（I/O）引脚使用电信号与外设交换数据。虽然处理器的复杂度会随着技术的发展和硅芯片面积的增大而增加，但I/O的数量受到封装机械限制和芯片周长的制约。为了提高数据速率，计算机总线通常采用增加总线宽度和每个时钟周期多次采样（如双倍数据速率 - DDR）的方法。然而，扩展总线宽度会增加印刷电路板（PCB）的面积，并且最终会受到I/O数量的限制。电信号的数据速率还受到RLC线路效应的限制，包括信号传播的时间常数和串扰。尽管串扰可以通过低压差分信号（LVDS）得到一定改善，但带宽与距离的权衡在追求高数据