光通信集成电路设计（第二版）

本书是Behzad Razavi教授所著Design of Integrated Circuits for Optical Communications一书的中译版，适合作为研究生、工程师及高年级本科生的教科书或参考书。

 

本书是光通信集成电路设计方面的经典书籍，在国内外享有盛誉。全书共11章，主要内容包括光通信系统介绍、通信系统基本概念、光器件原理、跨阻放大器、限幅放大器和输出缓冲器、振荡器基础、LC振荡器、锁相环、数据和时钟恢复电路设计、复接器和激光驱动器、突发模式电路。全书内容系统全面，理论严谨，讲解透彻，理论联系实际，同时引入了近年来光纤领域新的电路及设计技术。

毕查德·拉扎维于1985年在沙里夫理工大学的电气工程系获得理学学士学位，并分别于1988年和1992年在斯坦福大学电气工程系获得理学硕士和博士学位。他曾在AT＆T贝尔实验室工作，随后又受聘于Hewlett—Packard实验室，直到1996年为止。1996年9月，他成为加州大学洛杉矶分校的电气工程系副教授，随后晋升为教授。目前他从事的研究包括无线收发、频率合成、高速数据通信及数据转换的锁相和时钟恢复。 拉扎维教授分别于1992年到1994年在普林斯顿大学(新泽西州普林斯顿)和1995年在斯坦福大学任副教授。他是VLSI电路专题讨论会的技术程序委员会和国际固体电子协会(ISSCC)的成员，在其中担任模拟小组委员会的主席。此外，他还分别担任IEEE固体电路杂志、IEEE电路和系统杂志及高速电子学国际杂志的特邀编辑和副编辑。 拉扎维教授于1994年因为卓越的编辑能力获ISSCC的Beatrice奖，1994年在欧洲固体电子会议上获*论文奖，1995年和1997年ISSCC的*专题小组奖，1997年TRw创新教学奖，1998年IEEE定制集成电路会议*论文奖。他是《数据转换系统设计原理》(IEEE出版，1995)和《RF微电子学》(Prentice Hall出版，1998)的作者，以及《单片锁相环和时钟恢复电路》(IEEE出版，1996)的编者。

第1章光通信简介
11历史简述
12一般的光纤系统
13设计挑战
14当前的技术水平
参考文献
第2章基本概念
21随机二进制数据的特性
22随机数据的产生
23数据格式
231NRZ和RZ数据
2328B/10B编码
24带宽受限对随机数据的影响
241低通滤波的影响
242眼图
243高通滤波的影响
25噪声对随机数据的影响
26相位噪声和抖动
261相位噪声
262抖动
263相位噪声和抖动的关系
264加性噪声引起的抖动
27传输线
271理想传输线
272有耗传输线
参考文献
第3章光器件
31激光二极管
311激光器的工作原理
312激光器的类型
313激光器的特性
314外接调制
32光纤
321光纤损耗
322光纤色散
33光电二极管
331响应度和效率
332PIN二极管
333雪崩光电二极管
34光系统
参考文献
第4章 跨阻放大器
41概述
411TIA性能参数
412信噪比计算
413噪声带宽
42开环跨阻放大器（TIA)
421低频性能
422高频性能
43反馈TIA
431一阶TIA
432二阶TIA
44电源抑制
45差分TIA
46高性能技术
461增益提高
462电容耦合
463反馈TIA
464电感峰化
47自动增益控制
48设计实例研究
49TIA设计的新发展
参考文献
第5章限幅放大器和输出缓冲器
51概述
511性能参数
512级联增益级
513AM/PM变换
52宽带技术
521电感峰化
522容性负反馈
523Cherry－Hooper放大器
524fT倍增器
53输出缓冲器
531差分传输信号
532双终端
533预驱动设计
54分布式放大器(DA)
541单片传输线
542分布式放大器
543集中元件分布式放大器
55其他宽带技术
551T－线圈峰化
552负电容
553有源反馈
554三谐振峰化
参考文献
第6章振荡器基础
61概述
62环形振荡器
63LC振荡器
631交叉耦合振荡器
632考比兹振荡器
633单端口振荡器
64压控振荡器(VCO)
641环形振荡器的调谐
642用LC振荡器调谐
65VCO的数学模型
参考文献
第7章LC振荡器
71单片电感
711损耗机制
712电感建模
713电感设计指导
72单片变容二极管
73基本LC振荡器
731差分控制
732设计过程
74正交振荡器
741同相耦合
742反相耦合
75分布式振荡器
参考文献
第8章锁相环
81简单的锁相环
811鉴相器
812基本的锁相环电路
813简单锁相环的动态特性
82电荷泵锁相环
821锁定捕获问题
822鉴相/鉴频器与电荷泵
823基本的电荷泵锁相环
83锁相环的非理想影响
831PFD/CP非理想性
832锁相环中的抖动
84延迟锁相环
85应用
851倍频和频率合成
852减少时延
853减小抖动
参考文献
第9章时钟和数据恢复
91概述
92随机数据鉴相器
921Hogge鉴相器
922Alexander鉴相器
923半速鉴相器
93随机数据鉴频器
94CDR的结构
941全速无参考频率结构
942双VCO电路结构
943具有外部参考的双环结构
944四分之一速率鉴相器
95CDR电路的抖动
951抖动传递
952抖动的产生
953抖动容限
参考文献
第10章复接器和激光驱动器
101复接器
10112∶1 MUX
1012MUX的结构
102分频器(频率除法器)
1021触发电路分频器
1022Miller分频器
103激光驱动器
1031性能参数
104设计原理
1041功率控制
105激光驱动器设计的新进展
参考文献
第11章突发模式电路
111无源光网络
112突发模式跨阻放大器(BM TIA)
1121具有顶部和底部保持的跨阻放大器
1122突发模式跨阻放大器的变种
1123限幅放大器中的失调校正
113突发模式CDR电路
1131有限时延的影响
1132频率失配和偏差的影响
1133抖动特性
114另一种突发模式CDR电路
参考文献

版前言

对高速数据传输的日益增长的需求，使光纤通信焕发了青春，导致人们对高速器件和高速电路进行深入研究。本书的目的是用于光纤通信系统中的集成电路(IC)分析与设计的教学，将证明其对于研究生和正处于实际研发中的工程师是有用的。本书假定读者具有坚实的模拟电路设计基础，例如，具有BRazavi所著的Design of
Analog CMOS Integrated Circuits或者PGray、PHurst、SLewis和RMeyer所著的Analysis and Design of Analog CMOS
Integrated Circuits的知识水平。

权衡以后，本书由10章构成。第1章介绍光通信系统，对后面的章节提供基础。第2章介绍基本概念，构成分析设计电路的基础。第3章处理光器件与系统，在光和电之间架起桥梁。

第4章论述跨阻放大器的设计，集中在低噪声宽带技术和它们之间的权衡(折中)。第5章将这些概念扩展到限幅放大器和输出缓冲器，介绍获得宽带高增益的方法。

第6章介绍振荡器基础，第7章集中介绍LC振荡器。第8章描述锁相环的设计，第9章把相位锁定概念应用到时钟和数据恢复电路。第10章处理高速发射机电路，例如复接器和激光驱动器。

本书可用于研究生有关高速集成电路设计的课程，如果在一学季使用本书，可将第3章、第4章、第10章部分略去。如果一学期使用，可以讲授完全书。

与本书配套的网站为读者提供附加资源，包含本书图像，网址为wwwmhhecom/razavi。

感谢本书的书评作者，他们提供了对本书各个方面的无价的反馈。特别要感谢Lawence Der(Transpectrum),Larry DeVito(Analog Devices),Val
Garuts(TDK Semiconductor),Michael Green(University of California,Irvine),Yuriy
Greshishchev(Nortel Networks),Qiuting Huang(Swiss Federal Institute of
Technology),Jaime Kaidontchik(TDK Semiconductor),TaiCheng Lee(National Taiwan
University),Howard Luong(Hong Kong University of Science and
Technology),Bradley Minch(Cornell University),Hakki Ozuc(TDK Semiconductor),Ken
Pedrotti(University of California,Santa Cruz),Gabor Temes(Oregon State
University),以及Barry Thompson(TDK Semoconductor)。也感谢McGraw－Hill 的Michelle
Flomenthoft,Betsy Jonse和Gloria Schiesl友好的帮助。

我的妻子Angelina，在我们结婚不久就鼓励我写这本书，她录入了所有的内容并总是微笑着忍受我工作到很晚。我非常感谢她。

 

Behzad Razavi

2002年7月

 

前言

自本书版出版以来，光纤通信领域已经历了一些变化。尽管基础仍然相同，但是光纤通信领域正在试图发现巨大的市场，特别是，产生了大量的“无源光网络”。同时，为了适应宽带应用，已经引入了许多新技术，包括光纤系统。

第二版反映了该领域的新进展。对于跨阻放大器、宽带放大器、激光驱动器、时钟和数据恢复电路的较新的电路技术都在本书中给予介绍。同时，增加了一章专门介绍“突发模式”电路，它是无源光网络的构件。