可調式等化器

在這次的應用裡，因為檢光二極體對不同光波長的有不同斜率的增益下降響 應，故以加成的方式做補償調整，如圖 3.16，此可調式等化器分成兩個路徑，上 端的路徑用來解決大量的基板緩慢擴散載子所產生的效應，因此採取源極退化級 來補償檢光二極體的緩慢增益下降，而在設計時，因考量到之後迴圈控制的線性 度，此路徑須能略微過度補償 850nm 光波長造成的響應。而下端的路徑也因考 量迴圈控制的線性度，被設計成無法完全補償 600nm 光波長造成的響應，所以 無任何的高頻補償。由於這兩個路徑同樣為一級電路，訊號通過兩路徑所產生的 延遲大約相等，於是經加成電路相加後，所造成的相位抖動量(Jitter)將有效的減 少。兩路徑加成的比例由加成控制器(Interpolation‐Weighting Controller)中的 EQctrl 所決定，此值越大，加成等化器的補償能力就越高。

圖 3. 16 可調式等化器

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第一個路徑中的源極退化級的概念為設法使源極的阻抗值隨著頻率而改變，

低頻時的源極阻抗較大，導致電路的增益較低，而高頻時的源極阻抗較小，使電 路達到較高的增益，因此，源極退化級的響應為：隨著頻率的增加，增益也越大。

直到遭遇電路的 RC 效應，增益才開始衰減。圖 3.17 為源極退化級的半電路。

圖 3. 17 補償式源極退化級之半電路

因為電容的阻抗和頻率成反比，故 Z^S網路裡的電容可被視為低頻時阻絕信 號的元件，經由適當設計可隨頻率上升而依序開啟，R^s便依序與其他電阻並聯。

若設計C1>C2>C3且RS>R1>R2>R3，則 R^s便會在頻率較大時和較小的電阻並聯，

且並聯後的電阻值約等於較小電阻的值，因而 Z^s的阻抗會隨頻率增加而減少，

使整體電路的增益隨頻率增加而緩慢上升。

在此假設gm很大且RS=RD，則：

經由Medici 所模擬出來的檢光二極體頻率響應約從 1MHz 開始衰減，到了

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1GHz 時約下降了 13.5dB，根據此一現象，將源極退化級中的三組 RC 時間常數 分別對應到 10MHz、100MHz 及 1GHz。並先藉由三個頻率時的不同衰減量來決 定電阻的大小，進而得到其相搭配的的電容值。源極退化級中電阻電容值的一階

（Signal to Noise Ratio, SNR），故補償有其限度。

由於頭部空間(Headroom)的限制，加成控制器(Interpolation‐Weighting  Controller)採用折疊(folded)形式來達成，其等化器控制電壓(EQctrl)與兩個輸出電 流的關係如圖 3.18，控制電壓的改變並不會影響兩個輸出電流的總合，因此整個 等化器的輸出電壓準位在控制電壓改變時都能維持固定，以避免系統的擾動。從 此電流圖並可得知，控制電壓的操作線性區約落在 400mV~800mV 之間，為了使 之後的迴圈能有較高的控制線性度，須將 600nm 及 850nm 光波長的補償操作點 設定在 450mV 及 750mV，欲達此要求，等化器的補償能力要大於 850nm 光波長 響應的高頻衰減，且設計等化器在等化器控制電壓為零時不作任何的高頻補償。

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圖 3. 18 加成控制器及其操作圖

圖 3.19 為等化器隨等化器控制電壓而改變的頻率響應，當控制電壓上升時，

高頻增益上升，而低頻增益下降，低頻增益的變化量為 19dB。其最大的高頻補 償能力為在 2.2GHz 時，補償了 22dB，此補償能力大於 850nm 光波長響應在 2.2GHz 時的衰減(約‐17dB)。

圖 3. 19 等化器之高頻補償能力

此次研究所採用的可調式等化器可以使850nm光波長的響應頻寬增加三個 數量級，並使600nm及 850nm有相同的頻寬，如圖 3.20(a)(b)，其中(a)的等化器 控制電壓為450mV，(b)的等化器控制電壓為 750mV，符合迴圈線性控制區的要 求。而補償過後的濾波器通過帶抖動(filter’s pass‐band ripple)有效的維持在+3dB 內，對於眼圖的高度及寬度之影響小於 10%。

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(b)

圖 3. 20 等化器針對目標波長的補償，(a) 600nm，(b)850nm

等化器即是一個可變的高通濾波器，因此訊號受補償後的群延遲(Group  Delay)也是其中關鍵的參數，當群延遲在不同頻率之間的變動越小，也就代表著 有著較小的訊號抖動(Jitter)，圖 3.21 為不同波長補償前後的群延遲圖，在 600nm 的情況下，補償過後的群延遲在不同頻率的差異被限制在 12ps 的範圍內，而在 850nm 的情況下，補償後的群延遲差異被限制在 3ps 的範圍內。

(a)

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圖 3. 21 不同波長的補償前後之群延遲，(a) 600nm，(b)850nm

此次提出的可調式等化器可在 2.2GHz 時提供 22dB 的高頻補償，並在補償後 維持很小的濾波器通過帶抖動，所得到的群延遲也維持在 12ps 以內。等化器的 消耗功率為 14mW。