본 논문은 4 레벨 펄스 진폭 변조 (PAM-4)를 사용하는 유선 통신 동시 양방향(SBD) 송수신기의 설계를 제안한다. 비대칭 및 대칭 프로토타입 칩들에 대하여 송수신기의 구조 및 새로운 하이브리드 기술을 제안한다.
첫 번째 프로토타입 디자인에서는, 10 Gb/s 이상의 차세대 자동차 카메라 링크용 비대칭 SBD 송수신기가 제안되었다. 제한된 케이블 대역폭을 극복하기 위해 PAM-4 신호 전송 방식이 사용되었으며, PAM-4 SBD 의 동작은 WLR 하이브리드를 사용하여 구현되었다. 송신기에서 FFE 를 우회하는 2 단계 하이브리드 전략은 전력 소모를 줄이고 하이브리드 디자인을 단순화시키는 데 크게 기여한다. 하이브리드는 계수 ∑α로 네 개의 주요 DC 레벨만 제거하고, 2 차 전도체-커패시터(gm-C) 저역 통과 필터(LPF)는 하이브리드의 잔여 성분과 채널의 반사를 필터링한다. PAM-2 역 채널(BC)의 반사를 제거하기 위해 에코 캔슬러(EC)도 사용된다. 5m 의 자동차 케이블에 대하여 12-Gb/s PAM-4 정방향 채널(FC)과 125-Mb/s PAM-2 BC 를 사용하는 고도 비대칭 송수신기는 SBD 통신 하에서 BER < 10-12 에 대하여 각각 0.15 UI 및 0.57 UI 의 아이 마진을 갖는다. 40-nm CMOS 로 제작된 이 프로토타입 송수신기는 6.5 pJ/b 의 에너지 효율성을 달성하며, 0.41 pJ/b/dB 의 FoM 을 나타낸다.
두 번째 프로토타입 칩은 새로운 하이브리드 적응 방식을 사용하여 PAM-4 를 사용한 대칭 SBD 송수신기를 제시한다. PAM-4 신호를 SBD 에 적용하여 대역폭을 확장하는 가능성이 탐구되었다. 또한 SBD 에서 아웃바운드 신호를 제거하는 데 필수적인 하이브리드 회로에 대한 불일치 보상 방법이 제안되었다. 하이브리드 적응은 Mueller Müller 위상 검출기(MMPD)의 잠금 조건을 데이터 레벨 적응에 적용함으로써 쉽게 구현된다. MMPD 및 적응 엔진과 하나의 오류 샘플러를 공유함으로써 제시된 SBD 송수신기는 수신기 프론트 엔드의 클럭 전력 소비 및 대역폭 면에서 효율적이다. 넓은 선형 범위 하이브리드와 데이터 정렬 기술은 견고한 PAM-4 SBD 동작을 보장한다. 28-nm CMOS 에서 제작된 80-Gb/s SBD 송수신기는 2.65 pJ/b 의 에너지 효율성과 함께 10-12 이하의 BER 를 달성한다.