基于標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝高速光電集成接收機(jī)的研究.pdf

1、光纖通信實(shí)現(xiàn)高速率、低成本實(shí)用化的瓶頸之一是光纖通信終端光接收機(jī)芯片實(shí)現(xiàn)高性能的單片集成(OEIC)。由于混合集成光接收機(jī)存在壓焊線寄生電感、焊盤的寄生電阻以及封裝引線等寄生效應(yīng),并且暴露在環(huán)境中的壓焊線會耦合環(huán)境中的噪聲級干擾,使得芯片性能大大降低。單片光電集成接收機(jī)不僅可以解決上述問題,還可以減小芯片面積和體積,提高芯片成品率和可靠性。為滿足光纖通信的商業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)并且實(shí)現(xiàn)高速率通信全球化的目標(biāo),學(xué)者們致力于研究標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝下高速、

2、高靈敏度的光接收機(jī)。本論文為解決上述問題,本人研究生期間進(jìn)行兩次流片工作,做了以下工作:
　　1、光電探測器作為光接收機(jī)中的“門衛(wèi)員”,其性能參數(shù)直接影響著所恢復(fù)的電信號質(zhì)量。本設(shè)計采用UMC0.18μm標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝中的P有源區(qū)、N阱以及P襯光電探測器的感光PN結(jié),采用空間調(diào)制結(jié)構(gòu)有效“調(diào)制”光電探測器的慢載流子效應(yīng),提高了光接收機(jī)的本征物理帶寬。通過 Silvaco公司的 Atlas軟件進(jìn)行建模仿真,得到空間調(diào)制光電探測器的

3、本征物理帶寬達(dá)到942MHz,響應(yīng)度為227mA/W。
　　2、光接收機(jī)中跨阻放大器采用差分共源級結(jié)構(gòu)。差分結(jié)構(gòu)對環(huán)境噪聲具有較強(qiáng)的抗干擾能力,所設(shè)計跨阻放大器的增益和帶寬分別為61.51dB和1.078GHz。
　　3、光接收機(jī)電路中主放大器采用限幅放大器結(jié)構(gòu),限幅放大器采用二極管連接的MOS電阻做負(fù)載。限幅放大器在級聯(lián)過程中,存在帶寬變窄現(xiàn)象,采用電感峰化技術(shù)有效地提高了電路的電帶寬。仿真得到采用電感峰化技術(shù)電路帶寬提高

4、了1.01倍。
　　4、為芯片測試需要,電路輸出端采用50Ω阻抗匹配的雙端轉(zhuǎn)單端輸出緩沖級電路?？紤]到示波器等測試相關(guān)儀器的輸入端等效為10pF電容,因此在設(shè)計仿真過程中,輸出緩沖級需具備驅(qū)動50Ω電阻和10pF電容負(fù)載的能力。光接收機(jī)電路部分采用SMIC0.18μm標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝完成,整體電路增益為89.94dB,帶寬為1.682GHz,電路傳輸1.25Gb/s的偽隨機(jī)信號,輸出眼圖清晰。
　　5、本設(shè)計使用Cadenc