用CMOS工艺实现VSR光电集成接收机的途径

介绍了 1 0Gbit/s速率的甚短距离光传输系统VSR(VeryShortReach)中的接收机。分析了几种有希望用于VSR系统的CMOS工艺兼容的光电探测器。提出用CMOS电路实现VSR光电集成 (OEIC)

前均衡CMOS光电集成接收机概念的提出和模拟

提出了一种解决CMOS光电集成接收机灵敏度和速度问题的新方法——前均衡法,即在接收放大电路的前端对传输信号进行频率补偿,并分别采用并联谐振回路、三次阶梯网络和高通滤波器峰化技术设计了三种前均衡0.35μmCMOS光电集成接收机.其中,光电探测器选用面积为40μm×40μm的叉指型双光电二极管结构,实验测得该二极管的频率响应带宽为1.1GHz,结电容为0.95pF.对接收机的模拟结果表明:采用三次阶梯网络峰化技术的前均衡方案可有效提高光接收机的灵敏度和速度,并可实现灵敏度为-14dBm,3dB带宽为2GHz,BER为10-12的0.35μmCMOS光电集成接收机.

InP光电子集成电路接收机前端的研究进展

由于具有可集成和器件固有速度的内在优势，ＩｎＰ光电子集成（ＯＥＩＣ）接收机在高速（≥１０Ｇｂ／ｓ）光纤通信系统和波分复用网络（ＷＤＭ）方面具有重要的应用，本文介绍了最近的研究进展。

可控增益光电集成光接收机设计

基于IHP 0.25μm SiGe BiCMOS工艺,利用工艺库提供的分束器将入射光信号能量均分给差分电路两侧的Ge波导耦合型探测器,设计了一款应用于高速光通信和光互连领域的增益自动可控型光电集成光接收机.整体电路包括光电探测器、跨阻放大器、两级增益放大器、输出缓冲级、直流偏移消除模块和自动增益控制模块.为解除利用直流偏移消除电路检测峰值电压这种传统方案对消直流电容容值的限制,电路设计了同时具有峰值检测和增益控制功能的自动增益控制模块,并引入放电复位电容来控制采样时间.为了稳定差分电路的直流工作点,并避免引入过多功能模块对电路噪声的恶化,设计了结构灵巧的直流偏移消除电路.同时,为了提升电路带宽,还设计了带射随器反馈的共射跨阻放大器、带简并电容的Cherry-Hooper增益放大器以及可有效降低输入电容对级联电路带宽限制的f_T倍频器.仿真结果表明,在电源电压为3.3 V、输入光功率-10 d Bm的情况下,所设计的光接收机电路增益为80.2 dBΩ,-3 dB带宽为34.8 GHz,带宽范围内等效输入噪声电流小于35 pA/√Hz.输入光功率在-15^-3 dBm范围内,电路可实现对增益的自动控制,输出摆幅约500 mV,波动小于10%.在40 Gb/s的传输速率下,电路眼图清晰方正,无明显的欠冲与过冲,交叉点清晰,张开度良好,有望用于高速单片集成光接收机中.

10Gb/s高灵敏光电集成光接收机

这种光接收机灵敏度达-15.5dBm。量子效率59%的InGaAs-PIN光电检测器是由中频跨阻抗350Ω的InP/InGaAs异质结双极晶体管跨阻抗放大器集成的。

InP基单片集成光接收机的研究与进展

总结了InP基单片集成高速光接收机的主要集成形式,分析了各种集成方式的优缺点,重点总结了最具发展潜力的PIN-HEMT光接收机的研究与进展,最后指出单片集成光接收机的发展方向。

长波长PIN/HBT集成光接收机前端噪声分析

文章研究磷化铟(InP)基异质结双极晶体管(HBT)和PIN光电二极管(PIN-PD)单片集成技术,利用器件的小信号等效电路详细计算了长波长PIN/HBT光电子集成电路(OEIC)光接收机前端等效输入噪声电流均方根(RMS)功率谱密度。分析表明:对于高速光电器件,当频率在100MHz～2GHz范围内时,基极电流引起的散粒噪声和基极电阻引起的热噪声起主要作用;频率大于5GHz时,集电极电流引起的散粒噪声和基极电阻引起的热噪声起主要作用。在上述结论的基础上,文章最后讨论了在集成前端设计的过程中减小噪声影响的基本方法。

2.5Gb/s混合集成光接收机

研制了适用于光纤通信系统的具有完全自主知识产权的混合集成光接收机。该接收机由半导体光电探测器和相应采用硅0.35μmCMOS工艺研制的高速集成电路组成。混合集成模块采用高介电常数的陶瓷薄膜电路将PIN管芯和IC芯片在一块衬底上实现了互连并采用金属管壳封装,使模块具有小的体积并提高了性能。经测试,该接收机工作速率为2.5Gb/s,过载光功率〉0dBm,在误码率为1×10^-12时接收灵敏度为-9dBm,RMS抖动为12.79ps,P-P抖动为74.22ps。

可见光通信集成接收机研究

可见光通信技术的推广很大程度上取决于低成本接收机的制备能力,该制备包括光学、光子、电路等元件以及上述元件的集成。文中提出了一种低花费的集成接收机制作方案,提出了一种新型的基于引线键合技术的二维光电检测阵列制备方法,并对光电器件、光学系统的选择,分集接收电路设计思想及其光电集成方案作了详细描述,为下一步的具体制备打下基础。

2．5Gb／s0．35μmCMOS单片集成光接收机电路设计与实现

采用0.35μm CMOS工艺设计并实现了单片集成光接收机电路.该芯片能将光电检测器检测到的速率为2.5Gb/s的信号进行放大,进行时钟恢复、数据判决,并通过一到四路分接输出四路速率为622Mb/s的信号.恢复出的经过四分频的时钟抖动以及最后分接输出的四路数据抖动的均方值分别为1.9ps和13ps.芯片在标准的5V电源电压下,功耗为2.05W,整个芯片面积为1600μm×870μm.

单片集成接收机的研究与发展

本文探讨了四种类型的单片集成接收讥的结构、性能,生产工艺的发展状况,以及存在的问题和未来的发展趋势。

基于BCD工艺的塑料光纤通信光接收机

研究了光电探测器(PD)的结构、性能以及后续放大电路,实现了塑料光纤通信的高速单片集成光接收芯片。首先,根据工艺流程和参数,采用器件模拟软件对PD结构进行了建模,并对其光谱响应度和结电容进行了理论推导及仿真。基于Cadence/spectre软件和仿真得到的PD参数对由跨阻放大器、限幅放大器和输出缓冲电路组成的后续放大电路进行了协同设计。采用0.5μm BCD(Bipolar,CMOS and DMOS)工艺对单个PD以及PD和后续放大电路单片集成电路进行了流片、封装和测试。结果表明:PD的光谱响应曲线的峰值波长和仿真结果较一致,约为700nm,PD结构更适合短波长探测;PD的结电容随着反向电压的增大而减小,结电容越大,光接收芯片的带宽越小;对于650nm的入射光,在小于10-9的误码率条件下,光接收机的灵敏度为-14dBm;最后得到了150Mb/s速率的清晰眼图。实验结果显示,设计的高速单片集成光接收机可以应用于百兆速率光纤入户通信系统。

OEIC光接收机研究的湿法选择腐蚀

试验了用柠檬酸与双氧水系列腐蚀液来实现ＩｎＡｌ（Ｇａ）Ａｓ∶ＩｎＰ和ＩｎＧａＡｓ∶ＩｎＡｌＡｓ的选择腐蚀，达到了较好的效果，且工艺重复性好。同一单片上ＭＳＭ（金属－半导体－金属）光探测器的光响应度可达到０．５Ａ／Ｗ，ＨＥＭＴ器件最大跨导为３０５ｍＳ／ｍｍ，最大饱和电流密度为３５０ｍＡ／ｍｍ。完成了实现ＯＥＩＣ光接收机的关键一步。

短波长OEIC光接收机前端设计及制作

基于国内的材料和工艺技术,研制出850nm单片集成光接收机前端,集成形式包括PIN/TIA、PIN/DA、MSM/TIA和MSM/DA等。对光探测器和电路分别进行了研究和优化。通过Silvaco软件,建立了探测器器件模型,并通过实验数据验证。分布放大器-3dB带宽接近20GHz,跨阻增益约46dBΩ,输入、输出驻波比均小于2,噪声系数在3.03～6.5dB之间。跨阻前置放大器-3dB带宽接近10GHz,跨阻增益约43dBΩ,输入、输出驻波比均小于3.5,噪声系数在4～6.5dB之间。集成芯片最高工作速率达到5Gb/s。

单片光电集成回路研究进展

单片光电集成回路(MOEIC)综合应用微电子、光电子、新型材料生长与加工等高新技术,将光、电元件集成在同一衬底上,具有体积小、成本低、可靠性高等诸多优势,在军事和民用光电系统中都有广泛的应用。回顾了国外单片集成光接收机、单片集成光发射机的研究进程以及国内单片光电集成的技术发展,介绍了作为单片光电集成发展趋势的光电系统或子系统的单片集成、高速Si基单片光电集成等单片光电集成的前沿研究热点。

光电子集成电路进展

较详细地介绍了光电子集成电路 (OEIC)中研究最广泛、并取得可喜成就的OEIC光接收机和OEIC光发射机的最新进展 ,展望了OEIC的应用前景 ,并提出了目前应解决的课题。

基于PSPICE的光接收机电路设计与仿真

文章基于PSPICE通用软件,设计了一个由金属-半导体-金属Schottky势垒光探测器(MSM-PD)组成的GaAs光接收机电路,并对其进行了电路级仿真,仿真结果显示达到了设计目的。

10～40Gb/s OEIC光接收机前端的最新研究进展

基于OEIC光接收机前端的集成方式和前放电路形式介绍了OEIC光接收机前端的最新研究进展。

一种新颖全差分光电集成接收机的标准CMOS实现

提出一种新颖的全差分光电集成接收机,它包含了全差分光电探测器和相应的差分接收电路,其中全差分光电探测器的作用是实现入射光信号到全差分光生电流信号的转换。采用特许3.3V、0.35μm标准CMOS工艺,实现了一种相应的宽带、高灵敏度全差分光电集成接收机。测试结果表明:对于850nm的入射光,集成全差分光电探测器的差分跨阻前置放大器(TIA)的工作速率可达到500Mbit/s,而整个光接收机的带宽则达到了1.0985GHz;在10-12的误码率条件下,灵敏度可达到-12.3dBm。

用于光通信与互连、集成差分光电探测器的标准CMOS全差分跨阻放大器

基于标准CMOS技术,提出和研究了一种用于光通信与光互连、集成差分光电探测器的全差分跨阻放大器(TIA).为实现全差分特性,提出了一种新型全差分光电探测器,其作用是将入射光信号转换成一对全差分光生电流信号,并保证电路结构和模型的全差分对称性.理论分析和仿真结果均表明:与常规的、集成光电探测器的差分跨阻放大器相比,该全差分跨阻放大器的带宽更高,灵敏度也同时被提高一倍.基于该集成差分光电探测器的全差分跨阻放大器,采用特许3.3V,0.35μm标准CMOS工艺设计和制造了一种单片全差分光电集成接收机.其跨阻增益为98.75dBΩ,从1Hz至-3dB频率点间的等效输入积分噪声电流为0.334μA.该光接收机采用了单一的3.3V电源;跨阻放大器与限幅放大器的总功耗为100mW;50Ω输出缓冲器的功耗为138mW.对于850nm的入射光、-12.2dBm的峰峰光功率和231–1位伪随机二进制序列输入信号,该光接收机达到了1.1GHz的3dB带宽和1.6Gbit/s的数据率.