基于標準SiGeBiCMOS工藝的光接收機前端電路設(shè)計.pdf

1、近年來,電信網(wǎng)、計算機網(wǎng)、英特網(wǎng)以及通信與多媒體技術(shù)的迅猛發(fā)展使得人們對數(shù)據(jù)信息的需求量持續(xù)增加,光纖通信的發(fā)展?jié)M足了人們對于高速數(shù)據(jù)通信的需求。與此同時,隨著晶體管工作速度的不斷提升使得金屬間互聯(lián)線延遲成為限制集成電路工作速度的主要原因,而光互連被認為是有效解決芯片間電互連速度限制的有效方式。因此,光接收機作為其中將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的模塊而占有重要地位。標準CMOS工藝因集成度高以及低成本等方面的優(yōu)勢成為學者們的研究熱點,然而由于其

2、頻率特性的限制難以實現(xiàn)寬帶光接收機。以往的高速寬帶接收機大多采用GaAs或InP等化合物半導(dǎo)體材料制造,其主要缺點為制造成本高,且與標準CMOS工藝不兼容,這使得其應(yīng)用范圍受到很大的限制。SiGe BiCMOS工藝是在標準CMOS工藝的基礎(chǔ)上同時實現(xiàn)CMOS器件和SiGe異質(zhì)結(jié)雙極晶體管器件,因此同時解決了化合物半導(dǎo)體集成度差、成本高以及標準CMOS工藝頻率特性差的問題?；谝陨显?這使得SiGe BiCMOS工藝下的單片集成光接收機

3、成為新的研究熱點。
　　本文基于IBM0.18μm SiGe BiCMOS工藝設(shè)計、實現(xiàn)了光接收機模擬前端放大電路,分析了影響帶寬及增益的主要因素。在原有標準CMOS工藝的基礎(chǔ)上,詳細分析了接收機的各個主要性能指標。論文從最基本的電路結(jié)構(gòu)入手,逐步過渡到較為復(fù)雜的電路模塊,進而組成接收機模擬前端放大電路。通過兩種不同工藝下電路的仿真對比,驗證了SiGe BiCMOS工藝中異質(zhì)結(jié)雙極晶體管在頻率以及噪聲等方面的優(yōu)勢。經(jīng)仿真驗證表明,

4、與MOS晶體管相比,采用SiGe HBT作為跨阻放大器的差分輸入對,提高了接收機的噪聲性能,且其較高的跨導(dǎo)拓展了接收機的帶寬。利用Cadence IC5141仿真平臺中的Spectre仿真器對其進行仿真,仿真結(jié)果表明,在1.8V電源電壓供電下,驅(qū)動50Ω電阻和10pF電容負載時光接收機前端跨阻增益為74.59dB,帶寬為2.39GHz,功耗為39.6mW。在誤碼率為10-9的情況下,光接收機模擬前端電路可以有效地傳輸數(shù)據(jù)速率為3Gbit