高速接收器电路和方法
【技术领域】
[0001] 本发明总体上涉及高频接收器，并且具体而言，涉及用于高频应用的增益峰化放 大器和均衡。
【附图说明】
[0002] 在附图的图中通过示例的方式而非限制的方式示出了本发明的实施例，在附图 中，相似的附图标记指代相似的要素。
[0003] 图1显示了具有三个级联级的常规复合增益峰化放大器（GPA)。
[0004] 图2显示了用于图1的复合GPA的常规gm-RLGPA级。
[0005] 图3是根据一些实施例的显示单个GPA增益级的示图。
[0006] 图4显示了根据一些实施例的由三个级联GPA级形成的复合GPA放大器。
[0007] 图5显示了根据一些实施例的具有自适应均衡和诸如图4的放大器之类的复合放 大器的接收器。
[0008] 图6是根据一些实施例的更详细地显示图3的GPA级的电路。
[0009] 图7是根据一些实施例的显示用于复合放大器中的GPA的偏移控制拓扑结构的示 图。
[0010] 图8A-8C是根据一些实施例的显示用于控制偏移控制拓扑结构的电压偏移检测 概念的示图。
[0011] 图9显示了根据一些实施例的GPA偏移检测的真值表。
[0012] 图10A和10B示出了根据一些实施例的用于使用复合GPA来使频率响应成形的第 一模式和第二模式。
[0013] 图11显示了根据一些实施例的用于LC-LC双谐振电路的电路布局实施方式。
[0014] 图12显示了根据一些实施例的用于级联的SDG-Gm和LC-Tia块的AC等效电路。
[0015] 图13显示了根据一些实施例的用于负电容单元和输入导纳的AC等效电路。
[0016] 图14显示了根据一些实施例的用于级联的SDG-Gm和LC-Tia块的AC等效电路， 并且SDG-Gm和LC-Tia块包括负电容单元。
[0017] 图15是根据一些实施例的显示具有复合GPA和利用装箱的边沿均衡的接收器的 示图。
[0018] 图16A是根据一些实施例的显示具有理想均衡的过零分布图的示图。
[0019] 图16B是根据一些实施例显示的具有过度均衡的过零分布图的示图。
[0020] 图16C是根据一些实施例显示的具有不足均衡的过零分布图的示图。
[0021] 图17是根据一些实施例的显示n装箱标准的图表。
[0022] 图18显示了根据一些其它实施例的显示n装箱标准的图表。
【具体实施方式】
[0023] 串行I/O接口正在以不断增大的速度被驱动。例如，芯片至芯片通道可以以28Gb/ 8或更高的速率进行操作。由于严重的传输线路损耗和相当大的信号反射，这种通道对于串 行I/O设计变得更有挑战性。其对于设计并实施诸如通常用于高频串行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战性。（GPA有时也被称为CTLE，连续时间 线性均衡放大器）。
[0024] 图1显示了具有三个级联级的常规复合增益峰化放大器（GPA)，并且图2显示了常 规GPA级电路实施方式。如图2所示，可以利用Gm-RL拓扑结构来设计这种现有GPA解决 方案。不幸的是，这种电路具有许多限制。可获得的GPA增益-带宽乘积，其作为放大器的 最大速度能力的指示，主要由输出RC时间常数，即RL*Cout来确定，其中，Cout是输出负载 和总寄生。跨导（Gm或gm)与项IR*W/L(W和L分别对应于所用晶体管的宽度和长度）的 平方根成比例。因此，需要偏置电流IR和器件尺寸W/L中的相当大的增量来做出实质的gm 变化。
[0025] 此外，RL还受到输出DC共模电平的条件的限制，以确保差动对放大器的足够的饱 和裕量（输出DC=Vcc-RL*IR)。两个级联的相同增益级给出了 36%的带宽减小，而三个 级联的相同增益级给出了 48%的带宽减小。
[0026] 对于高频应用，通过利用RL与额外电感器的串联组合替换RL来修改设计（如图 2所示）。然而，大多数前述缺点仍适用于该衍生的gm-RL拓扑结构。因此，可能期望新的 方案。
[0027] 图3显示了根据一些实施例的GPA级。该GPA电路包括如图所示地耦合的源 极退化跨导级（SDG-Gm)、负电容单元（Negative-Cap)和具有LC谐振电路的跨阻抗级 (LC-Tia)。每级中的负电容单元用来消除SDG-Gm部分的输出处的内部节点上的电容，这允 许提升放大器级的增益。例如，这与图2的现有技术GPA级相反，现有技术GPA级使用输出 电压RL负载。具有内部设置的负电容单元的GPA级反而使用例如NM0S器件的受控器件作 为具有高输出阻抗的电流源。
[0028] 为了获得大的（如果不是最大的）增益峰化性能，可以由级联在一起的这些级 中的两个或更多级来形成复合GPA。例如，图4显示了Cherry-Hooper放大器拓扑结构中 的级联在一起这些级中的三个级，该放大器拓扑结构具有用于控制增益参数的控制信号 (Vent)，以改进整个放大器的总体增益-带宽响应。因此，图4的复合（Cherry-Hooper型） 放大器与由现有技术GPA级中的简单地级联在一起的三个级形成的放大器不同。
[0029] 图5是具有速度增强的均衡技术的接收器的方框图，该接收器采用如本文中所公 开的具有负电容单元并且具有偏移和共模控制的GPA级。在功能上，所公开的全速增益峰 化放大器（GPA)级可以提供CTLE的第一级，以更好地控制数据眼图的开口，并且因此维持 随后的数字均衡（例如，DFE和CDR块）中的适当操控。可以控制GPA以通过提升输入数 据的高频强度、并且还通过在需要时抑制低频分量来补偿输入传输通道的总体低通频率响 应特性并且减轻符号间干扰（ISI)效应。足够的带宽和增益峰化特性（即增益量和增益斜 率相对于频率）可以用于获得良好的GPA设计。
[0030] 图6示出了用于图3的单个GPA增益级的可能的电路实施例。基本上，SDG-Gm和 LC-Tia块被形成为具有Cherry-Hooper拓扑结构的RC退化放大器，以支持高频均衡。并联 负电容单元用于使SDG-Gm部分与LC-Tia块之间的寄生电容最小化，并且其进一步提升了 GPA增益级的AC性能。LC-LC块用作由Mp5/Mn3和Mp6/Mn4形成的反相器的反馈元件。它 们对应于彼此串联的谐振电路（例如参见用于示例性1C芯片实施方式的图11)。
[0031] 在SDG-Gm块中，可变电容（VarC)和可变电阻（VarR)都用于控制接收器均衡。用 于控制VarC的信号确定操作频带上的GPAAC增益斜率。通常期望产生与传输线路的逆传 递函数匹配的AC响应。可变电阻器（VarR)设定低频增益并且提供最大峰值增益与低频增 益的适当比例。可变电阻器网络（VarR)的两个电阻器串之间的探测端子vcm用于进行先 前级联的增益级上的输出共模检测。
[0032] 如图所示，所描绘的负电容单元由具有分路电容器的交叉耦合的NM0S电路形成。 负电容单元用来消除SDG-Gm与LC-Tia块之间的寄生电容。（同样参见用于单独的以及集 成到SDG-Gm和LC-Tia块中的负电容单元的AC分析的图12-14)。
[0033]NM0S器件（Mnl和Mn2)被偏置在标称DC电流，但另一方面，NM0S器件还受到端子 Vosl和Vos2控制，以校正LC-Tia输出端口的Vout处的输出偏移电压。在电源开启并且接 收器处于校准模式时，尽可能快地首先（即使并不总是）完成该偏移校正方案。
[0034] 在负电容块中，两个P型电流镜（Mmrl和Mmr2)用于对交叉耦合的PM0S器件（Mp3 和Mp4)进行偏置，并且还用于调整LC-Tia输出端口处的输出共模电压Vout的DC电平。 Voctr信号控制负电容单元的偏置电流，并且因此控制峰化增益并且还控制总体复合GPA 放大器的增益/带宽。
[0035] 在LC-Tia块中，包含了具有局部反馈（跨它们的输入和输出的LC-LC)的一对 CMOS反相器。在反馈路径中利用了受控电阻器和双LC谐振电路（例如，图11的LC/LC单 元），用于热和工艺变化补偿以及高频增益峰化。
[0036] 可以选择不同