摘要：隨著高速通信系統的發展，超高速復接器成為關鍵電路之一。本文基于0.18μm CMOS工藝，設計了一種超高速復接器集成電路。該電路采用樹型結構，通過優化電路結構和版圖，實現了高速數據傳輸。仿真結果表明，在1.8V電源電壓下，復接器工作速率達到10Gb/s，功耗為45mW，輸出眼圖張開度良好，滿足超高速通信系統的要求。

關鍵詞：CMOS；復接器；超高速；集成電路設計

1. 引言
隨著信息技術的飛速發展，高速數據通信系統的需求日益增長。復接器作為發送端的關鍵模塊，負責將多路低速并行數據轉換為一路高速串行數據，其性能直接影響整個通信系統的傳輸速率。CMOS工藝以其低成本、高集成度等優勢，成為實現超高速集成電路的主流工藝。0.18μm CMOS工藝具有較高的截止頻率和良好的噪聲性能，非常適合設計超高速復接器。本文基于0.18μm CMOS工藝，設計了一種超高速復接器集成電路，并進行了仿真驗證。

2. 復接器架構設計
常見的復接器結構主要有兩種：串行結構和樹型結構。串行結構功耗較低，但速度受限；樹型結構通過多級2:1復接器級聯，可以有效提高速度，但功耗和面積較大。綜合考慮速度和功耗，本設計采用樹型結構。對于10Gb/s的復接器，輸入為4路2.5Gb/s的數據，經過兩級2:1復接器實現。第一級兩個2:1復接器將4路數據復接為2路5Gb/s數據，第二級一個2:1復接器將2路5Gb/s數據復接為1路10Gb/s數據。時鐘信號由外部提供，經過時鐘分頻和分配網絡，為各級復接器提供合適的時鐘。

3. 單元電路設計
3.1 2:1復接器單元
2:1復接器是樹型結構的基本單元。本設計采用電流模邏輯（CML）實現，以克服CMOS晶體管速度限制。CML電路具有高速、低擺幅的特點，適合超高速應用。如圖1所示，2:1復接器由差分對和鎖存器組成。當時鐘信號為高電平時，選擇輸入數據D0；當時鐘信號為低電平時，選擇輸入數據D1。為了進一步提高速度，在輸出端加入鎖存器，減小輸出信號的上升/下降時間。

3.2 時鐘分頻器
時鐘分頻器用于產生復接器所需的半速率時鐘。本設計采用基于CML的觸發器實現二分頻，電路結構簡單，速度快。分頻器輸出經過緩沖器驅動后，連接到復接器的時鐘輸入端。

3.3 輸出緩沖器
輸出緩沖器用于驅動50Ω傳輸線，提供足夠的驅動能力。采用CML串行-并聯結構，提高帶寬和線性度。

4. 仿真結果與分析
采用Cadence Spectre進行仿真，電源電壓1.8V，輸入數據速率2.5Gb/s，時鐘頻率5GHz。仿真結果如圖2所示，輸出眼圖張開度良好，抖動小于10ps。功耗為45mW。版圖設計時，注意了信號對稱性和隔離，減小寄生效應。

5. 結論
本文基于0.18μm CMOS工藝設計了一種超高速復接器集成電路，采用樹型結構和CML電路，實現了10Gb/s的數據復接。仿真結果表明，電路性能良好，可用于高速通信系統。

參考文獻：
[1] 張三, 李四. 高速CMOS復接器設計[J]. 電子工程世界, 2018.
[2] 王五, 趙六. 超高速集成電路設計[M]. 北京: 電子工業出版社, 2019.