基于標準CMOS工藝高速光電集成接收機的研究.pdf

1、光纖通信實現(xiàn)高速率、低成本實用化的瓶頸之一是光纖通信終端光接收機芯片實現(xiàn)高性能的單片集成(OEIC)。由于混合集成光接收機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,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)化標準并且實現(xiàn)高速率通信全球化的目標,學者們致力于研究標準CMOS工藝下高速、

2、高靈敏度的光接收機。本論文為解決上述問題,本人研究生期間進行兩次流片工作,做了以下工作:
　　1、光電探測器作為光接收機中的“門衛(wèi)員”,其性能參數(shù)直接影響著所恢復的電信號質量。本設計采用UMC0.18μm標準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,采用空間調制結構有效“調制”光電探測器的慢載流子效應,提高了光接收機的本征物理帶寬。通過 Silvaco公司的 Atlas軟件進行建模仿真,得到空間調制光電探測器的

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

4、了1.01倍。
　　4、為芯片測試需要,電路輸出端采用50Ω阻抗匹配的雙端轉單端輸出緩沖級電路?？紤]到示波器等測試相關儀器的輸入端等效為10pF電容,因此在設計仿真過程中,輸出緩沖級需具備驅動50Ω電阻和10pF電容負載的能力。光接收機電路部分采用SMIC0.18μm標準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的偽隨機信號,輸出眼圖清晰。
　　5、本設計使用Cadenc