过去二十年来,电话、传真、电视和数据等信号传递的爆炸性需求推动了光纤通信的迅速发展,光纤通信以及与之相关的技术和工艺取得了革命性的进步,美国同步光网络(SONET)和国际同步数字体系(SDH)标准的建立为光纤通信系统的大规模研制和应用开辟了前进的道路。现在,2.5Gb/s高速光纤通信系统已经在世界范围内进入大规模建设阶段,10Gb/s系统也已经进入应用。更高速率系统的研制目前也在开展中。
时钟恢复电路(CRC)是光纤通信和许多类似数字通信领域中不可缺少的关键电路。近年来,随着光纤标准向STM-64(10Gb/s)提升,系统对芯片速度提出了更高的要求,而CRC正是速度提升的主要瓶颈。同时,为了满足产品化后高可靠性和低成本的要求,芯片需要高集成度,因此CRC必须单片实现。
本文介绍了一种利用0.18 um CMOS工艺实现,用于SDH系统STM-64级别(10 GHz)的时钟恢复电路。首先介绍了光纤通信系统的基本概念以及应用于光纤通信的最常见时钟恢复电路结构和基本原理,并提出了一种新型结构的单片集成的注入式锁相环电路,接着讨论了系统的噪声,最后给出了具体电路的设计、模拟和测试结果。
注入式锁相环电路是在简单锁相环的基础上引入同步振荡器辅助锁相环的锁定。对于简单锁相环电路来说,噪声性能和锁定范围是相互矛盾的,在满足噪声指标的前提下,简单锁相环电路的锁定范围非常小,采用注入式振荡器辅助锁相环,可以解决同步范围较窄的问题,同时提高了系统的稳定度。
测试结果表明时钟恢复电路可工作在光纤通信系统STM-64速率级,即10GHz频率上,各方面指标基本符合要求。
