A 90 nm CMOS 16 Gb/s Transceiver for Optical Interconnects

Interconnect architectures which leverage high-bandwidth optical channels offer a promising solution to address the increasing chip-to-chip I/O bandwidth demands. This paper describes a dense, high-speed, and low-power CMOS optical interconnect transceiver architecture. Vertical-cavity surface-emitting laser (VCSEL) data rate is extended for a given average current and corresponding reliability level with a four-tap current summing FIR transmitter. A low-voltage integrating and double-sampling optical receiver front-end provides adequate sensitivity in a power efficient manner by avoiding linear high-gain elements common in conventional transimpedance-amplifier (TIA) receivers. Clock recovery is performed with a dual-loop architecture which employs baud-rate phase detection and feedback interpolation to achieve reduced power consumption, while high-precision phase spacing is ensured at both the transmitter and receiver through adjustable delay clock buffers. A prototype chip fabricated in 1 V 90 nm CMOS achieves 16 Gb/s operation while consuming 129 mW and occupying 0.105 mm^2

Contribution to Efficient Use of Narrowband Radio Channel

Předkládaná práce se soustředí na problematiku využívání úzkopásmového rádiového kanálu rádiovými modemy, které jsou určené pro průmyslové aplikace pozemní pohyblivé rádiové služby, specifikované v dominantní míře Evropským standardem ETSI EN 300 113. Tato rádiová zařízení se používají v kmitočtových pásmech od 30 MHz do 1 GHz s nejčastěji přidělovanou šířkou pásma 25 kHz a ve většině svých instalací jsou využívána ve fixních nebo mobilních bezdrátových sítích. Mezi typické oblasti použití patří zejména datová telemetrie, aplikace typu SCADA, nebo monitorování transportu strategických surovin. Za hlavní znaky popisovaného systému lze označit komunikační pokrytí značných vzdáleností, dané především vysokou výkonovou účinnosti datového přenosu a využívaní efektivních přístupových technik na rádiový kanál se semiduplexním komunikačním režimem. Striktní požadavky na elektromagnetickou kompatibilitu umožňují těmto zařízením využívat spektrum i v oblastech kmitočtově blízkým jiným komunikačním systémům bez nutnosti vkládání dodatečných ochranných frekvenčních pásem. Úzkopásmové rádiové komunikační systémy, v současnosti používají převážně exponenciální digitální modulace s konstantní modulační obálkou zejména z důvodů velice striktních omezení pro velikost výkonu vyzářeného do sousedního kanálu. Dosahují tak pouze kompromisních hodnot komunikační účinnosti. Úpravy limitů příslušných rádiových parametrů a rychlý rozvoj prostředků číslicového zpracování signálu v nedávné době, dnes umožňují ekonomicky přijatelné využití spektrálně efektivnějších modulačních technik i v těch oblastech, kde je prioritní využívání úzkých rádiových kanálů. Cílem předkládané disertační práce je proto výzkum postupů směřující ke sjednocení výhodných vlastností lineárních a nelineárních modulací v moderní konstrukci úzkopásmového rádiového modemu. Účelem tohoto výzkumu je efektivní a „ekologické“ využívání přidělené části frekvenčního spektra. Mezi hlavní dílčí problémy, jimiž se předkládaná práce zabývá, lze zařadit zejména tyto: Nyquistova modulační filtrace, navrhovaná s ohledem na minimalizaci nežádoucích elektromagnetických interferencí, efektivní číslicové algoritmy frekvenční demodulace a rychlé rámcové a symbolové synchronizace. Součástí práce je dále analýza navrhovaného řešení z pohledu celkové konstrukce programově definovaného rádiového modemu v rovině simulací při vyšetřování robustnosti datového přenosu rádiovým kanálem s bílým Gaussovským šumem nebo kanálem s únikem v důsledku mnohacestného šíření signálu. Závěr práce je pak zaměřen na prezentování výsledků praktické části projektu, v níž byly testovány, měřeny a analyzovány dvě prototypové konstrukce rádiového zařízení. Tato finální část práce obsahuje i praktická doporučení, vedoucí k vyššímu stupni využitelnosti spektrálně efektivnějších komunikačních režimů v oblasti budoucí generace úzkopásmových zařízení pozemní pohyblivé rádiové služby.he industrial narrowband land mobile radio (LMR) devices, as considered in this dissertation project, has been subject to European standard ETSI EN 300 113. The system operates on frequencies between 30 MHz and 1 GHz, with channel separations of up to 25 kHz, and is intended for private, fixed, or mobile, radio packet switching networks. Data telemetry, SCADA, maritime and police radio services; traffic monitoring; gas, water, and electricity producing factories are the typical system applications. Long distance coverage, high power efficiency, and efficient channel access techniques in half duplex operation are the primary advantages the system relays on. Very low level of adjacent channel power emissions and robust radio receiver architectures, with high dynamic range, enable for a system’s coexistence with various communication standards, without the additional guard band frequency intervals. On the other hand, the strict limitations of the referenced standard as well as the state of the technology, has hindered the increase in communication efficiency, with which the system has used its occupied bandwidth. New modifications and improvements are needed to the standard itself and to the up-to-date architectures of narrowband LMR devices, to make the utilization of more efficient modes of system operation practically realizable. The main objective of this dissertation thesis is therefore to find a practical way how to combine the favorable properties of the advanced nonlinear and linear digital modulation techniques in a single digital modem solution, in order to increase the efficiency of the narrowband radio channel usage allocated to the new generation of the industrial LMR devices. The main attention is given to the particular areas of digital modem design such as proposal of the new family of the Nyquist filters minimizing the adjacent channel interference, design and analysis of the efficient algorithms for frequency discrimination, fast frame and symbol

Contributions to adaptive equalization and timing recovery for optical storage systems

no abstrac

Programmable rate modem utilizing digital signal processing techniques

The engineering development study to follow was written to address the need for a Programmable Rate Digital Satellite Modem capable of supporting both burst and continuous transmission modes with either binary phase shift keying (BPSK) or quadrature phase shift keying (QPSK) modulation. The preferred implementation technique is an all digital one which utilizes as much digital signal processing (DSP) as possible. Here design tradeoffs in each portion of the modulator and demodulator subsystem are outlined, and viable circuit approaches which are easily repeatable, have low implementation losses and have low production costs are identified. The research involved for this study was divided into nine technical papers, each addressing a significant region of concern in a variable rate modem design. Trivial portions and basic support logic designs surrounding the nine major modem blocks were omitted. In brief, the nine topic areas were: (1) Transmit Data Filtering; (2) Transmit Clock Generation; (3) Carrier Synthesizer; (4) Receive AGC; (5) Receive Data Filtering; (6) RF Oscillator Phase Noise; (7) Receive Carrier Selectivity; (8) Carrier Recovery; and (9) Timing Recovery

Investigation into PRS-precoded, constant-envelope, continuous-phase digital modulation schemes

Bibliography: leaves 78-79.Partial response signaling ( PRS) has been used successfully to improve the spectral properties of Pulse Amplitude Modulated (PAM) digital transmission systems. This thesis investigation studied the effect of PRS on frequency- and phase-modulated carrier systems, in particular on their spectral performance and their maintenance of constant envelope