当今无线通信系统、光纤通信系统和背板传输系统等各类通信系统为人们提供了高质量、高便捷的信息服务,极大促进了人们的生活和社会的发展。随着通信技术的高速发展,由于信道的衰减、串扰以及反射等非理想因素,高速信号在传输过程中会发生失真的现象也越来越严重。均衡正是通过对信道传输特性进行补偿来处理码间串扰(ISI)的一种技术,其目的是提高信号完整性,降低系统误码率。然而,随着信号速率的增加,高速均衡器尤其是自适应高速均衡器的设计与实现面临着严峻的挑战,需要在电路工作速度、补偿能力、自适应性以及面积和功耗等方面进行优化,并实现它们之间的良好折中,以满足通信系统日益增长的技术要求。本文对高速串行通信中的自适应均衡器的结构进行了研究,并在均衡结构优化的基础上,采用CMOS工艺设计了多个应用于接收端的高速均衡器并进行了流片和验证。本文首先从频域和时域的角度分析了高速背板信道的的损耗、串扰、反射及噪声等非理想特性对信号传输的影响。据此结合已有的主流均衡技术及其适应条件,基于ADS仿真平台对典型的背板信道进行了仿真,通过分析比较,综合考虑面积、功耗和可行性等因素,选取优化的线性均衡器(LE)和判决反馈均衡器(DFE)组合方案,为后续均衡器结构与电路的研究设计打下了基础。根据仿真得到的组合均衡器结构,本文设计了用于接收端的高速前馈均衡器(FFE)+DFE组合均衡器。通过分析比较波特间隔均衡器(BSE)和分数间隔均衡器(FSE)的特性,选取FSE结构来减小频谱混叠和采样偏差的影响。针对传统的DFE结构很难满足高速DFE设计要求的问题,本文采用半速率结构以提高信号的传输速率和时钟信号的准确性。此外,在FFE电路的设计过程中,采用有源并联电感峰化技术来增加延迟线带宽。在此基础上,本文基于TSMC 0.18μm CMOS工艺设计实现了FFE+DFE的高速均衡器,并进行了流片和测试。测试结果显示其在6.25Gb/s的传输速率下均衡输出眼图的水平张开度达到0.84UI,可以很好地补偿信道在6.25GHz处达22dB的衰减。在成功设计了高速FFE+DFE组合均衡器的基础上,本文进一步研究并设计了一个10Gb/s连续时间线性均衡器(CTLE)+DFE组合均衡器,解决了由于FFE的带宽受工艺截止频率的限制以及延迟电路对工艺偏差敏感所导致的组合均衡器工作速度受限的问题。通过分析比较无源RLC滤波器和有源差分滤波器两种结构的特点,设计了基于有源差分滤波器的CTLE,并在电路中引入了调谐功能,使CTLE能够有效地对信道进行补偿。本文基于TSMC 0.18μmmCMOS工艺设计实现的CTLE+DFE组合均衡器已成功流片并进行了测试,测试结果显示在10Gb/s的传输速率下均衡输出眼图的水平张开度达到0.63UI,对在10GHz处衰减达3 1dB的信道有很好的均衡作用。在对组合均衡器的结构和电路以及其自适应实现方式充分研究的基础上,本文采用IBM 0.13μmBiCMOS工艺设计实现了20Gb/s+的CTLE+DFE的自适应均衡器。其中,CTLE采用基于斜率比较的自适应结构,并对电路进行了优化,减小了电路的面积和功耗。DFE中抽头系数的更新则采用模拟LMS算法电路,实现了速度和性能的良好折中。同时,为了满足20Gb/s及以上信号速率的时序要求,DFE的主体结构采用半速率预处理结构以降低反馈路径的延迟时间。本文的最后给出了所设计的自适应均衡器的芯片照片和测试结果,整个芯片包括焊盘在内的芯片面积为0.78×O.8mm2。测试结果表明当速率为20Gb/s的信号经过20GHz处的衰减达20dB,反射达13dB的背板信道时,信道末端的眼图早已完全闭合,经过自适应均衡器后,输出眼图的水平张开度达到了0.85UI。该均衡器最高可工作在24Gb/s的速率上,对应的输出眼图张开度为0.81UI。在3.3V的电源电压下,功耗为624mW。目前国内在高速均衡器设计与实现方面与国际上仍有一定差距,本文的工作不仅能够推动相关领域的研究进一步向前发展,具有重要的学术价值,而且对我国高速集成电路的设计也具有重要的应用价值。