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第1章 引言 1

第2章 光纤数字通信网 5

2.1 信息、媒体、信号和电信 5

2.2 数字通信 6

2.2.1 数字和模拟通信 6

2.2.2 数据通信和数字远程通信 7

2.2.3 模数转换器和数模转换器 8

2.3 开放系统互联的七层模型 10

2.4.1 PDH的比特率 12

2.4.2 基本速率多路复接的帧结构 12

2.4 PDH 12

2.4.3 高速多路复接 13

2.5 局域网（LAN） 14

2.5.1 环状LAN 14

2.5.2 总线式LAN 16

2.5.3 千兆以太网（Gigabit Ethernet） 17

2.6 MAN 17

2.6.1 FDDI 17

2.6.2 DQDB 19

2.7 WAN和因特网 21

2.8 ISDN 22

2.9 B-ISDN 24

2.10 异步传输模式（ATM） 25

2.10.1 信元结构 25

2.10.2 用户网络接口 26

2.10.3 ATM高层 28

2.10.4 信令 28

2.11 SDH/SONET 28

2.11.1 SDH/SONET的基本概念 29

2.11.2 SDH/SONET的网络部件 29

2.11.3 SDH/SONET的比特率 30

2.11.5 SDH的复接结构 31

2.11.4 SDH的层状结构 31

2.11.6 STM的接口 35

参考文献 36

第3章 光纤数字传输系统 39

3.1 光纤传输系统的基本结构 39

3.2 数据信号源和信号复接 40

3.2.1 数据信号源 40

3.2.2 时分复用 40

3.2.3 波分复用（WDM） 41

3.2.4 光缆——“纤分复用” 42

3.3 光波调制 42

3.3.1 光信号的调制方式 43

3.4 光纤 44

3.3.2 相干调制 44

3.4.1 多模光纤 45

3.4.2 单模光纤 45

3.4.3 光纤信道的性能分析 47

3.5 电子中继器 48

3.6 光纤放大器 48

3.7 光信号检测——光探测器 49

3.8 光接收机中的放大器 50

3.9 数据再生 50

3.11 海底越洋光缆传输系统 51

3.10 分接器 51

3.12 光孤子传输系统 53

3.13 全光通信 54

参考文献 54

第4章 数字传输系统中的信号分析 59

4.1 数字信号 60

4.1.1 数字信号和数据信号 60

4.1.2 数字信号源 60

4.1.3 数据信号格式 61

4.1.4 信号频谱分析 63

4.2 时钟信号 66

4.2.1 规则时钟信号和门控时钟信号 66

4.3 噪声和干扰 67

4.2.2 时钟信号来源及特性 67

4.3.1 噪声 68

4.3.2 干扰 68

4.4 抖动和抖动累积 69

4.4.1 抖动累积模型 70

4.4.2 时钟信号传输模型 72

4.4.3 随机抖动 72

4.4.4 系统抖动 73

4.5 数字和时钟信号的测量 76

参考文献 79

5.1 半导体材料 81

第5章 器件与集成电路的材料与工艺 81

5.1.1 硅 82

5.1.2 砷化镓（GaAs） 82

5.1.3 磷化铟（InP） 83

5.2 材料系统 83

5.2.1 半导体材料系统 84

5.2.2 半导体／绝缘体材料系统 84

5.3 外延生长（Epitaxy） 85

5.3.1 外延生长的目的 85

5.3.2 液态生长（LPE：Liquid Phase Epitaxy） 85

5.3.3 气相外延生长（VPE：VaporPhase Epitaxy） 85

5.3.4 金属有机物气相外延生长（MOVPE：Metalorganie VPE） 86

5.3.5 分子束外延生长（MBE：Molecular Beam Epitaxy） 86

5.4.1 掩模制造 87

5.4 掩模（Mask）的制版工艺 87

5.4.2 图案发生器PG（Pattern Generator）方法 88

5.4.3 X射线制版 89

5.4.4 电子束扫描法（E-Beam Scanning） 89

5.5 光刻（Lithography） 89

5.5.1 光刻步骤 89

5.5.2 曝光方式 90

5.6 刻蚀（Etching） 93

5.7 掺杂 94

5.7.1 掺杂目的 94

5.7.3 离子注入法 95

5.7.2 热扩散掺杂 95

5.8 绝缘层形成 96

5.9 金属层形成 98

参考文献 100

第6章 晶体管 104

6.1 晶体管综述 104

6.2 双极型晶体管 105

6.2.1 硅双极型结型晶体管（BJT） 105

6.2.2 异质结双极型晶体管 106

6.2.3 双极型晶体管电路模型 108

6.2.4 双极型晶体管的特性 109

6.3.2 NMOS 110

6.3 NMOS和CMOS 110

6.3.1 MOS晶体管 110

6.3.3 CMOS 112

6.3.4 电路模型和性能 114

6.4 MESFET和HEMT 114

6.4.1 概要 114

6.4.2 MESFET 114

6.4.3 HEMT 116

参考文献 120

7.2.1 原理 127

7.2 发光二极管 127

7.1 三种类型的光源 127

第7章 光源和光电检测器 127

7.2.2 LED结构（几何特性） 128

7.2.3 元件特性 129

7.2.4 应用 130

7.3 激光二极管 130

7.3.1 发明和发展 131

7.3.2 原理 131

7.3.3 材料 132

7.3.4 结构 133

7.3.5 LD特性的理论描述 138

7.3.6 LD的电路模型 140

7.4 光调制器模型 144

7.4.1 LiNbO3Mach-Zehnder调制器 145

7.4.2 电吸收调制器 146

7.4.3 光调制器的特性 146

7.4.4 激光器／调制器模块 147

7.5 光检测器 147

7.5.1 基本结构和原理 147

7.5.2 p-i-n光电二极管 148

7.5.3 雪崩光电二极管（APD） 148

7.5.4 MSM-PD 149

7.5.5 电路模型 149

参考文献 150

8.1 互联线 160

第8章 无源器件 160

8.2 电阻 161

8.3 电容 162

8.4 电感 164

8.4.1 集总电感 164

8.4.2 传输线电感 165

8.5 变压器 166

8.6 分布元件 169

8.6.1 集总元件和分布元件 169

8.6.2 微带线 169

8.6.3 共面波导（CPW） 171

参考文献 173

8.6.4 传输线元件 173

第9章 模拟电路技术 175

9.1 单端晶体管组态 175

9.2 差动晶体管组态 176

9.3 容性耦合电流放大器 176

9.3.1 电路结构 176

9.3.2 等效电路 179

9.3.3 关键参数的推导方法 180

9.3.4 关键参数的表达式 180

9.3.5 C3A的负输入电阻和电导 183

9.3.6 C3A的跨导 188

9.3.7 C3A的大信号性能 191

9.4 放大器 192

9.4.1 宽带放大器 193

9.4.2 带通和窄带放大器 195

9.5 压控振荡器 196

9.5.1 振荡器和压控振荡器 196

9.5.2 振荡器的原理 197

9.5.3 电路结构 198

9.5.4 射极（源极）耦合多谐振荡器 199

9.5.5 环形VCO 200

9.5.6 采用差动C3A的VCO 202

9.7.1 移相器的分类 206

9.6 混频器和鉴相器 206

9.7 移相器 206

9.7.2 固定移相器 208

9.7.3 可变移相器 209

附录1EC3A电路输入电阻和串联电容的表达式 213

附录2EC3A电路输入电导和并联电容的表达式 214

附录3EC3A电路跨导的幅度相位表达式 215

附录4公式（9.40）的推导 216

参考文献 216

10.1 基本逻辑电路 220

10.2 晶体管-晶体管逻辑电路（TTL） 220

第10章 数字电路系统 220

10.3 射极耦合电路（ECL） 221

10.4 NMOS逻辑电路 222

10.4.1 有源逻辑门 222

10.4.2 NMOS传输门 223

10.5 CMOS逻辑电路 224

10.6 MESFET和HEMT逻辑电路 225

10.6.1 缓冲场效应管逻辑BFL 225

10.6.2 肖特基二极管FET逻辑电路SDFL 226

10.6.3 直接耦合FET逻辑电路（DCFL） 227

10.6.4 超级缓冲FET逻辑单元SBFL 227

10.6.5 源极耦合FET逻辑电路SCFL 228

10.7 时序逻辑电路 229

10.7.1 RS触发器 230

10.7.2 D触发器 230

10.7.3 分频器 231

参考文献 232

第11章 电路设计工程技术 233

11.1 模拟、数字和混合电路 233

11.2 信号类型与电路结构 234

11.2.1 单端结构 234

11.2.3 结构转换 235

11.2.2 差分结构 235

11.3 宽带和窄带电路 236

11.4 反馈技术 236

11.5 频率补偿 238

11.6 电路匹配 239

11.6.1 电源匹配 239

11.6.2 电平匹配 240

11.6.3 阻抗匹配 241

11.6.4 功率匹配 247

11.7 低功耗设计 248

11.7.1 降低电压 248

11.8.1 接口电路的功能 249

11.8.2 CML 249

11.8 接口电路 249

11.7.2 降低电流 249

11.8.3 LVDS 251

参考文献 252

第12章 复接器与分接器 253

12.1 基本结构 254

12.2 复接器 254

12.2.1 串行复接器 254

12.2.2 并行复接器 255

12.2.3 树型复接器 256

12.2.4 复接器设计举例 258

12.2.5 具有代表性的复接器 261

12.3 分接器 263

12.3.1 串行分接器 263

12.3.2 并行分接器 264

12.3.3 树型分接器 264

12.3.4 通道选择 267

12.3.5 分接器设计举例 268

12.3.6 具有代表性的分接器 270

12.4 按字节复接与分接 273

12.5 时钟发生电路 273

参考文献 274

13.1 引言 277

第13章 光数字发射机 277

13.2 光发射机的设计概述 278

13.2.1 光发射机电路 278

13.2.2 光发射机参数 278

13.2.3 发光器件偏置电路 279

13.2.4 电路结构 279

13.2.5 功耗 279

13.2.6 自动功率控制和自动温度控制 280

13.3 电流驱动器 281

13.3.1 单端电流驱动器 281

13.3.2 电流模逻辑电流驱动器 283

13.3.3 可缩短关断过程的电流驱动器 283

13.3.4 脉冲整形电流驱动器 284

13.4 电压驱动器 285

13.4.1 必要性和优越性 285

13.4.2 基本电路 286

13.5 超高速激光二极管电压驱动器 287

13.5.1 电路图及原理 287

13.5.2 性能分析 288

13.5.3 模拟结果 289

13.5.4 芯片制作 289

13.5.5 实验结果 289

13.6 CMOS工艺超高速激光驱动器 291

参考文献 293

14.1 光接收机基本结构 295

第14章 光接收机前端放大器 295

14.2 光接收机前端 296

14.2.1 概述 296

14.2.2 性能理论分析 296

14.2.3 前置放大器 300

14.3 均衡器和滤波器 303

14.4 主放大器 303

14.4.1 AGC放大器 304

14.4.2 限幅放大器 306

14.4.3 分布式放大器 310

14.5 光接收机前端放大整体电路设计举例 310

14.5.1 前置放大器设计 311

14.5.2 主放大器设计 312

14.5.3 工艺实现与测试结果 312

参考文献 314

第15章 时钟恢复 317

15.1 时钟恢复概述 317

15.1.1 时钟恢复电路的作用和总体结构 317

15.1.2 最佳时钟恢复 318

15.1.3 两种时钟恢复原理 318

15.1.4 四种时钟恢复电路 319

15.2 时钟信息检测 319

15.2.1 时钟信息检测器的作用和结构 319

15.2.2 NRZ信号预处理器 320

15.2.3 预处理器的变换因子 327

15.3 使用无源滤波器的时钟恢复 327

15.3.1 原理结构 327

15.3.2 应用于时钟恢复的滤波器 328

15.3.3 无源滤波器的后继放大器 334

15.4 采用窄频再生分频器的时钟恢复 335

15.4.1 背景和历史 335

15.4.2 NRFD的性能分析 336

15.4.3 采用NRFD的CR的框图和工作原理 340

15.4.4 采用NRFD的CR的工作模式 341

15.4.5 电路技术 342

15.4.6 实验结果 343

15.5 采用同步振荡器的时钟恢复 345

15.6 使用锁相环的时钟恢复 347

15.6.1 PLL特性 347

15.6.2 捕获技术 351

15.6.3 相频检测器与电荷泵 353

15.6.4 PLL电路技术 355

15.6.5 CR中PLL的设计 357

15.6.6 PLL实现 358

15.7 采用同步振荡加PLL的时钟恢复 358

参考文献 362

16.1 判决电路基本构成 367

第16章 数据判决 367

16.2 利用瞬时值判决 369

16.3 利用平均值判决 370

16.4 利用积分值判决 371

16.5 利用D触发器的判决电路 372

16.6 并行处理判决器 374

16.7 带自动相位调整的判决电路 377

参考文献 380

第17章 光纤通信光电集成电路 382

17.1 对光纤通信光电集成电路的需求、挑战与实现 382

17.1.1 需求 382

17.1.3 实现 383

17.1.2 挑战 383

17.2 光发射机光电集成电路 384

17.3 光接收机光电集成电路 386

参考文献 390

第18章 集成电路CAD 392

18.1 集成电路计算机辅助电路模拟 392

18.2 版图设计 394

18.3 版图检查 396

18.3.1 设计规则检查DRC 396

18.4 提交版图数据与流片 397

18.3.4 版图与电路图对照LVS 397

18.3.3 电气规则检查ERC 397

18.3.2 电路提取 397

参考文献 398

第19章 芯片测试技术 399

19.1 在晶圆测试 399

19.2 芯片测试台 400

19.3 与芯片接触方式 400

19.4 绑定和封装后IC的测试 403

19.5 测试系统 403

第20章 压焊和封装技术 405

20.1 用于固定和连接芯片的衬底 405

20.2 键合技术 406

20.3 封装技术 407

20.4 混合集成与微组装技术 409

20.5 引线分布参数 410

20.5.1 电阻 410

20.5.2 电容 410

20.5.3 电感 410

20.5.4 特征阻抗 413

20.5.5 封装寄生电容、电感数据 414

20.6 芯片散热 415

参考文献 416