板級(jí)光互連鏈路設(shè)計(jì)研究.pdf

1、隨著晶體管尺寸不斷縮小，芯片速度不斷提高，芯片間傳輸?shù)男畔⒘恳苍絹?lái)越大，電傳輸線(xiàn)將面臨著帶寬受限、信號(hào)串?dāng)_、功耗急劇增加、時(shí)鐘歪斜等“電子互連瓶頸”，傳統(tǒng)的電互連逐漸無(wú)法滿(mǎn)足高性能傳輸?shù)囊?。光互連相比電互連具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，是未來(lái)替代電互連的最佳選擇。目前，板級(jí)芯片間的光互連研究剛剛起步，還沒(méi)有建立起相關(guān)的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。本文研究了適用于板級(jí)芯片間光互連的物理層鏈路設(shè)計(jì)。
　　首先在元器件的選擇上，重點(diǎn)討論適用于板級(jí)光互連的傳輸介質(zhì)

2、。比較并分析自由空間、石英光纖、聚合物波導(dǎo)、塑料光纖等各種可能的傳輸方案，綜合考慮成本、光學(xué)特性、機(jī)械特性等因素，塑料光纖是目前最合適的選擇。
　　然后提出了鏈路設(shè)計(jì)過(guò)程中需遵循的四條規(guī)范:低成本、高效率（低損耗）、高帶寬、可擴(kuò)展性。其中高效率包括有源器件的光電/電光轉(zhuǎn)換效率高、鏈路的傳輸效率高。從目前來(lái)看，影響光互連技術(shù)走向?qū)嵱玫闹饕系K來(lái)自光路的耦合與器件連接比電互連更加復(fù)雜，于是分析了鏈路中各個(gè)光接口（VCSEL-POF、P

3、OF-POF、POF-探測(cè)器）機(jī)械對(duì)準(zhǔn)誤差的影響，并根據(jù)理論分析、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、模擬計(jì)算等方法確定耦合容限。由于POF纖芯尺寸較大，POF-探測(cè)器連接不能采用直接耦合，本文詳細(xì)討論了基于球透鏡的耦合方案。
　　板級(jí)光互連鏈路空間有限以及鏈路體系結(jié)構(gòu)等原因，光路必然存在彎曲。本文分析彎曲光路對(duì)鏈路性能的影響，采用光線(xiàn)追跡法討論了元件參數(shù)的影響，并進(jìn)一步優(yōu)化參數(shù)，提出彎曲光路設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。
　　對(duì)鏈路整體進(jìn)行分析，分析了三種不同配置方案