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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 PDH12

2.4.3 高速多路复接13

2.5 局域网（LAN）14

2.5.1 环状LAN14

2.5.2 总线式LAN16

2.5.3 千兆以太网（Gigabit Ethernet）17

2.6 MAN17

2.6.1 FDDI17

2.6.2 DQDB19

2.7 WAN和因特网21

2.8 ISDN22

2.9 B-ISDN24

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/SONET28

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 NMOS110

6.3 NMOS和CMOS110

6.3.1 MOS晶体管110

6.3.3 CMOS112

6.3.4 电路模型和性能114

6.4 MESFET和HEMT114

6.4.1 概要114

6.4.2 MESFET114

6.4.3 HEMT116

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-PD149

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VCO200

9.5.6 采用差动C3A的VCO202

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BFL225

10.6.2 肖特基二极管FET逻辑电路SDFL226

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SBFL227

10.6.5 源极耦合FET逻辑电路SCFL228

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 CML249

11.8 接口电路249

11.7.2 降低电流249

11.8.3 LVDS251

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CAD392

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DRC396

18.4 提交版图数据与流片397

18.3.4 版图与电路图对照LVS397

18.3.3 电气规则检查ERC397

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