图5.5 接收器中版图图5.6 测试芯片版图 勰”∞钉铊拍钉铝的钙如 第Ⅳ页 国防科学技术大学研究生院工程硕士学位论文 表目录表2.1 IEEE 1596.3 SCI标准LVDS .4表2.2 LVDS与其它信号传输模式的比较 .5表3.1最快,典型和最坏情况下关键参数对比 29 第V页 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果.尽我所知。
除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表和撰写过的研究成果,也不包含为获褥国防科学技术大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料.与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意. 学位论文题目:直姿}婴S!丝燕里电整垃全宝剑这盐皇塞毽 学位论文作者签名:率显式 日期.训年 勤别日 学位论文版权使用授权书 本人完全了解国防科学技术大学有关保留,使用学位论文的规定.本人授权国防科学技术大学可以保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子文档,允许论文被查阅和借阕:可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以呆用影印,缩印或扫描等复制手段保存.汇编学位论文. (保密学位论文在解密后适用本授权书.) 学位论文题日: 直壅L婴§!也燕旦皇整盟全宝剑遮进生塞理 学徽作者擀:邋速.1 日期:。
5年弓月多f日 作者指导教师签名: 日期: 莎毒年;月弘日 田防科学技术大学研究生院工程硕士学位论文 第一章绪论 1.1课题研究背景 人类社会正在步入一个崭新的信息化时代,而现代通信系统是信息时代的生命线.随着计算机性能的提高和大规模集成电路产业的发展,人们对计算机网络和通信网络的要求越来越高.低成本,低误码率和高速通信。
是当前数据传输系统的基本要求。
然而从技术角度出发,高性能的数据传输仍然存在着一些亟待解决的瓶颈问题‘“. 随着体系结构技术和半导体工艺的发展,集成电路芯片上的时钟频率提高很快,这对芯片,电路板以及机柜之问的互连速度以及带宽提出了更迫切的要求.现代高性能微处理器的速度已经将近4GHz,对于计算机间的互连、计算机与外围设备间的互连等应用。
不同的距离范围都将需要吉比(Gbps)级的互连宽带【”.但是常规的CMOS和rrL由于自身的电路特性和信号特点,很难在芯片外部进行200MHz以上的信号传输.因此在高性能的微处理器中,大多是将其外部工作频率降低至内部工作频率的l忍,l,3甚至更低,这就大大降低了微处理器高速性能的发挥.芯片内外的数据传输速度差异已经成为影响系统性能的一个瓶颈. 1.2国内外相关研究 为了进行高速数字信号的传输,国际上研究了采用低电压低摆幅信号的I/O接口缓冲电路,提出GTL、CML、PEeL、LVTTL、LVDS等多种电平形式,用来代替传统的TIL和CMOS接口电平. LVDS(Low Voltage Differential Signaling)是—个高速度(可达800Mbps以上)、低功耗并且适合长线传输的通用接口标准,它能够在广泛的应用领域里解决高速数据传输的瓶颈问题.而且。
在众多用于高速数据传输的接口电平形式中.只有LVDS能够实现高速度、低噪声,低功耗和低成本的结合而无需牺牲任何代价.高性能CMOS LVDS FO接口单元的运用是减少当前CMOS工艺芯片内外速度差异的重要手段。
目前,国际上对LVDS及其相关产品的研究十分活跃,很多公司都已经推出多种LVDS产品,这些产品已广泛的应用在计算机和通讯领域里来解决高速数据传输的瓶颈问题. LVDS有两个关键标准定义:ANSI/TIA/EIA和IEEEl2I〔31,这两个标准定义驱动器输出和接收器输入特性.为了扩大应用范围,这两个标准均未指定制造工艺,介质以及供电电压.这就意味着LVDS可以用CMOS、GaAs或其它工艺技术实现, 第l页 国防科学技术大学研究生院工程硕士学位论文可从5V移植到3.3V或低于3V系统,可在PCB或普通电缆线上传输,因而有极广的应用范围. 一些有名的大公司,国半、.11、飞兆半导体己推出各种LVDS产品,其中性能比较高的例如FINl217串行器/FINl219解串密【4】,数据传输率达至4将近2Gbps.由于种种原因,且前国内使用的是国外厂商提供的产品,几乎没有自主设计的高性能LVDS核心电路和芯片,而且国外对LVDS高速FO接口的核心电路也是严格保密的.为了不受制于人,我们必须自主研究设计L、巾S高速接口电路,芯片及口核. 接口电路是用来减小数据传输信道对传输信号的畸变的。
它在模拟电话系统,以太网、无线通讯、磁盘读出电路,PCB板到芯片,芯片与芯片间和光纤通信等数据系统中具有广泛的应用〔51.在接口电路中,线上数据率从最初3Mbps发展到了目前的IGbps以上.制造工艺经历了从双极型工艺,BiCMOS T艺、GaAs-r艺、CMOS模拟工艺到CMOS数字工艺的发展.目前低成本的标准CMOS数字工艺是接口电路设计的主流工艺,设计方法也多种多样.接口电路以越来越高的速度,以越来越智能化的工作方式,以与主流工艺数字CMOS工艺兼容的制造工艺不断地向前发展. 接口电路的工作原理并不复杂,在CMOS工艺下,一般电路规模不大,然而设计一个高性能的FO接口电路还是很有难度的,它的设计难度主要体现在速度、稳定性和高的驱动能力等方面. 国外知名的设计公司都有自己的高速IO单元库,虽然国外关于接口电路这方面的资料比较少,但从国外处理器的高速发展上可以推测出国外公司的接口电路性能是非常高的.国内接口电路的设计则起步较晚,目前的接口电路速度基本都在200MHz以下,这也是限制我国高速微处理器产业发展的一个因素.因此,加大接口电路的研究力度,建立具有自主知识产权的Io单元库,对于集成电路的发展具有重要而深远的意义. 1.3本文的主要工作 LVDS FO接口电路因其较低的逻辑电压摆幅使得其具有功耗低,低摆幅、工作速度快等特点,在计算机和通讯方面得到了广泛的应用.本文主要研究了高性能LVDSFO接口电路的相关理论和设计技术,主要内容包括以下几个方面: ●LVDS接口电路工作机理的研究 LVDS接口电路有自己独特的工作机制。
在深入研究LVDS标准的基础上,研究了LVDS接口电路的工作机理,并设计了满足设计要求的电路结构. ●LVDS接口电路工作性能的研究 第2页 国防科学技术大学研究生院工程硕士学位论文 数字电路一般只需要考虑电路的速度、功耗和面积。
而LVDS接口电路属于模拟电路,还需要考虑增益、带宽、噪声、线性度等特性以及工艺、温度、电压等的影响. ·L、,DS FO系统的整体设计研究 一个完整的FO系统的设计涉及到系统的要求,方案实现的约束及成本.系统实现的要求主要是带宽和可靠性方面的考虑.方案实现主要受到信号传输的物理距离。
应用场合的噪声特性,数据发送器和数据接收器的关键设计参数以及参考源的设计.系统成本则主要设计到封装类型、管脚数目及印刷电路板的参数和所用传输线.文中研究了这些因素对接口电路性能的影响,并提出了改进措施. ·LVDS接口电路的实现 在对LVDS接口电路相关理论研究的基础上,基于O.18tun标准CMOS T艺,设
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