64Gb/s transmission over 57m MMF using an NRZ modulated 850nm VCSEL

We report a directly modulated 850nm VCSEL-based optical link operating error free (BER < 1E-12) at 64Gb/s over 57m of OM4 multimode fiber. At 60Gb/s, the error free distance increases to 107m

최적에 가까운 타이밍 적응을 위해 치우친 데이터 레벨과 눈 경사 디텍터를 사용한 최대 눈크기추적 클럭 및 데이터 복원회로 설계

학위논문 (박사) -- 서울대학교 대학원 : 공과대학 전기·정보공학부, 2021. 2. 정덕균.이 논문에서는 최소-비트 비트 에러율 (BER)에 대한 최대 눈크기 추적 CDR (MET-CDR)의 설계가 제안되었다. 제안 된 CDR 은 최적의 샘플링 단계를 찾기 위해 반복 절차를 가진 BER 카운터 또는 아이 모니터가 필 요하지 않다. 에러 샘플러 출력에 가중치를 두어 더하여 얻은 치우친 데 이터 레벨 (biased dLev) 은 사전 커서 ISI(pre-cursor ISI) 의 정보도 고려한 눈 높이 정보를 추출한다. 델타 T 만큼의 시간 차이를 둔 지점에서 작동 하는 두 샘플러는 현재 눈 높이와 눈 기울기의 극성을 감지하고, 이 정보 를 통해 제안하는 CDR 은 눈 기울기가 0 이되는 최대 눈 높이로 수렴한 다. 측정 결과는 최대 눈 높이와 최소 BER 의 샘플링 위치가 잘 일치 함 을 보여준다. 28nm CMOS 공정으로 구현된 수신기 칩은 23.5dB 의 채널 손실이 있는 상태에서 26Gb/s 에서 동작 가능하다. 0.25UI 의 아이 오프닝 을 가지며, 87mW 의 파워를 소비한다.In this thesis, design of a maximum-eye-tracking CDR (MET-CDR) for minimum bit error rate (BER) is proposed. The proposed CDR does not require a BER coun-ter or an eye-opening monitor with any iterative procedure to find the near-optimal sampling phase. The biased data-level obtained from the weighted sum of error sampler outputs, UP and DN, extracts the actual eye height information in the presence of pre-cursor ISI. Two samplers operating on two slightly different tim-ings detect the current eye height and the polarity of the eye slope so that the CDR tracks the maximum eye height where the slope becomes zero. Measured results show that the sampling phase of the maximum eye height and that of the mini-mum BER match well. A prototype receiver fabricated in 28 nm CMOS process operates at 26 Gb/s with an eye-opening of 0.25 UI and consumes 87 mW while equalizing 23.5 dB of loss at 13 GHz.ABSTRACT I CONTENTS II LIST OF FIGURES IV LIST OF TABLES VIII CHAPTER 1 INTRODUCTION 1 1.1 MOTIVATION 1 1.2 THESIS ORGANIZATION 4 CHAPTER 2 BACKGROUNDS 5 2.1 RECEIVER FRONT-END 5 2.1.1 CHANNEL 7 2.1.2 EQUALIZER 17 2.1.3 CDR 32 2.2 PRIOR ARTS ON CLOCK RECOVERY 39 2.2.1 BB-CDR 39 2.2.2 BER-BASED CDR 41 2.2.3 EOM-BASED CDR 44 2.3 CONCEPT OF THE PROPOSED CDR 47 CHAPTER 3 MAXIMUM-EYE-TRACKING CDR WITH BIASED DATA-LEVEL AND EYE SLOPE DETECTOR 49 3.1 OVERVIEW 49 3.2 DESIGN OF MET-CDR 50 3.2.1 EYE HEIGHT INFORMATION FROM BIASED DATA-LEVEL 50 3.2.2 EYE SLOPE DETECTOR AND ADAPTATION ALGORITHM 60 3.2.3 ARCHITECTURE AND IMPLEMENTATION 67 3.2.4 VERIFICATION OF THE ALGORITHM 71 3.2.5 ANALYSIS ON THE BIASED DATA-LEVEL 76 3.3 EXPANSION OF MET-CDR TO PAM4 SIGNALING 84 3.3.1 MET-CDR WITH PAM4 84 3.3.2 CONSIDERATIONS FOR PAM4 87 CHAPTER 4 MEASUREMENT RESULTS 89 CHAPTER 5 CONCLUSION 99 APPENDIX A MATLAB CODE FOR SIMULATING RECEIVER WITH MET-CDR 100 BIBLIOGRAPHY 105 초 록 113Docto