1 工作简介

         ——一款高带宽高均衡能力的单端224 Gb/s PAM4收发机前端芯片 

，时长15:

随着云服务、5G/6G通信、人工智能、机器学习等的发展突破，全球的数据流量呈指数增长，交换机带宽容量需求激增，迫使SerDes向224 Gb/s每通道数据速率推进。224G长距传输场景下面临着重插损、差分P/N偏斜、阻抗不连续和串扰等问题，传统的DSP方案虽然强大且鲁棒，但存在系统复杂度高、能耗大、硬件开销大、延迟高、难以实现高I/O密度等问题。探索出一种系统简单、低成本低功耗、高密度、低延迟、低成本的长距链路方案仍颇具挑战。

针对此，南方科技大学潘权教授团队借鉴吸取有源铜缆和单端传输链路的设计思想，设计了一种基于“XSR/VSR SerDes或retimer+单端收发机模拟前端芯片”的长链路架构并完成单端收发机模拟前端芯片的开发，其中单端收发机的发射机和接收机之间使用单端传输线进行直耦连接，可实现高密度IO布线。与传统的直接使用DSP对长信道进行均衡的方案不同，所开发的方案由单端收发机模拟前端芯片在模拟域进行大部分插损的补偿，再由XSR/VSR SerDes进行残余的插损补偿和反射消除等，以实现低延迟、低成本和高均衡效率，且功耗可以减少约一半。在接收机前端，为了设计了高电源噪声抑制的单端转差分电路（S2D），首先使用了具有强共模抑制伪差分设计，并提出电源回弹噪声消除技术和快速响应稳压器设计，实现S2D电路对电源噪声的免疫，此外还结合非对称电感和低电流偏置设计来实现S2D转换时的低群时延和增益失配。在发射机前端中，使用了前馈技术对差分转单端电路（D2S）进行群时延和带宽的优化以实现贝塞尔响应输出。均衡器设计中使用建模良好的布线电感与输入输出的大寄生电容谐振来实现宽带补偿，以提升其均衡能力。

测试结果表明，该工作基于130 nm SiGe工艺在实现了4 × 224 Gb/s的数据速率，首次实现了单端链路的最高单pin数据传输速率224 Gb/s，同时也实现了单端链路的最大均衡能力（~29 dB）。由于没有使用大面积的螺旋电感，该设计核心电路紧凑，每通道仅为0.315 mm²。该工作的能效为2.08 pJ/b, 其均衡效率为0.07 pJ/b/dB。

_{图1. 一款高带宽高均衡能力的单端224 Gb/s PAM4收发机前端芯片。}

该工作为800 GbE/1.6 TbE 提供了低功耗、低复杂度、低成本的长距链路方案设计参考，以《A 224Gb/s/wire Single-Ended PAM-4 Transceiver Front-End with 29dB Equalization for 800GbE/1.6TbE》为题发表于2024年IEEE国际固态会议（IEEE International Solid-State Circuits Conference）的超高速有线专题。南方科技大学潘权教授为通讯作者，2022级博士研究生罗雄师为论文第一作者。该研究工作得到了国家自然科学基金和国家重点研发计划经费的支持。 

2 作者简介

通讯作者

潘权，南方科技大学长聘教授，博士生导师，入选国家级青年人才计划、广东省青年人才计划和深圳海外高层次人才计划。

2005年毕业于中国科学技术大学电子科学与技术系，获理学学士学位；2014年毕业于香港科技大学电子及计算机工程学系，获哲学博士学位。2005年到2009年在北京时代民芯科技有限公司担任射频芯片工程师。2014年到2018年在美国硅谷高速硬件创业公司eTopus Technology Inc. 担任高级主管工程师。

主要研究工作集中在高速模拟/射频集成电路设计，主要包括：Wireline/Wireless高速通信集成电路、光通信集成电路、Serdes／clock and data recovery（CDR）电路、低噪声放大器/频率综合器和硅光互连研究。作为负责人不仅在国际主流会议／期刊上发表70多篇高水平学术论文，同时有超过8年丰富的国内外工作经验，包括4年硅谷业界最前沿的工作经验。曾获得IEEE电路系统协会杰出青年作者奖、南方科技大学校长青年科研奖、南方科技大学优秀教学奖、南方科技大学优秀书院导师奖。

3 原文传递