[发明专利]一种混合电压模和电流模PAM-4高速驱动电路

说明书

一种混合电压模和电流模的四电平幅度调制(PAM‑4)驱动电路，包括电压模支路和电流模支路。电压模支路包括两个输入反相器(M_p1,M_n1,M_p2,M_n2)和两个串联电阻R₁，差分输入信号为(V_MSBp，V_MSBn)；电流模支路包括作为偏置电流源的M_p5管，差分输入对管M_p3和M_p4，和一对匹配电阻R₂，差分输入信号为(V_LSBp，V_LSBn)。驱动电路的差分输出信号为(V_outp，V_outn)。输入信号分别通过电压模和电流模的方式调制输出电平的幅度，从而产生四电平。本发明结合了传统的电压模驱动电路和电流模驱动电路，电压模驱动电路作为2倍权重支路，具有很好的线性度以及较低的功耗；电流模驱动电路作为1倍权重支路，扩大了驱动电路的差分最大输出摆幅，其最大差分输出摆幅可达1.5倍的电源电压。

技术领域

本发明属于集成电路设计技术领域，特别涉及一种混合电压模和电流模PAM-4高速驱动电路。

背景技术

芯片间互连以及背板数据通信要求下一代I/O的数据率支持每通道56Gb/s，甚至112Gb/s。为了在高速设计下减轻均衡负担，采用多阶调制技术提高信号频谱的利用率。而四电平幅度调制信号(PAM-4)应用于高速数据通信引入了新的问题。相比于NRZ，PAM-4眼图的高度减小为原来的1/3，在噪声功率不变的情况下，PAM-4信号的信噪比降低了9.5dB。因此，高速PAM-4发射机的设计的难点在于如何在保持高线性度的条件下提高输出摆幅。目前PAM-4驱动电路有两种结构：电压模结构(Source-series terminated，SST)和电流模结构(Current Mode，CM)。电流模PAM-4驱动电路可以提供很大的输出摆幅，但在大输出摆幅下，输出线性度很差；电压模PAM-4驱动电路输出具有很高的线性度，但其最大差分输出摆幅受电源电压V_DD的限制，最大为V_DD/2。

图1是传统的CM PAM-4驱动电路原理图，MOS管M_p1为尾电流源管，其栅极偏置电平为VM_bias，提供的偏置电流为I_MSB。M_p1管的漏极连接差分输入对管M_p3和M_p4管的源极。M_p3和M_p4管的栅极分别接差分输入信号V_MSBp和V_MSBn。MOS管M_p2为另一尾电流源管，其栅极偏置电平为VL_bias，提供的偏置电流为I_LSB。M_p2管的漏极连接差分输入对管M_p5和M_p6管的源极。M_p5和M_p6管的栅极分别接差分输入信号V_LSBp和V_LSBn。M_p3和M_p5管的漏极共同连接近端负载电阻R_L，输出信号为V_TXN；M_p4和M_p6管的漏极共同连接另一近端负载电阻R_L，输出信号为V_TXP。

CM PAM-4驱动电路的输出摆幅由两个尾电流源I_MSB和I_LSB决定，且满足关系I_MSB＝2I_LSB。当尾电流较大时，驱动电路有较大的输出电压摆幅。但随着输出电压摆幅的增大，两个尾电流源管进入线性区，其电流随输出电压摆幅的变化而变化，因此CM PAM-4输出电压信号的线性度在输出摆幅较大的情况下很差。