基于InGaAs/InP SHBT技术的10 Gb/s单片跨阻放大器研究

介绍了采用传统的三台面工艺,利用湿法选择腐蚀形成发射极.基极自对准的InGaAs/InP单异质结双极性晶体管(SHBT)技术实现传输速率为10 Gb/s跨阻放大器.其中SHBT获得了在Ic=10 mA,Vce=2 V时,fT和fmax分别为60、75 GHz,电流密度为100 kA/cm2,击穿电压大于3 V;跨阻放大器的跨阻增益为58 dBΩ,灵敏度为-23 dBm,3 dB带宽为8.2 GHz.该单片跨阻放大器可广泛应用于光纤通信.     

应用于10Gb/s光接收机的全差分CMOS跨阻前置电路设计

设计了一种的低成本、低功耗的10 Gb/s光接收机全差跨阻前置放大电路。该电路由跨阻放大器、限幅放大器和输出缓冲电路组成,其可将微弱的光电流信号转换为摆幅为400 mVpp的差分电压信号。该全差分前置放大电路采用0.18 m CMOS工艺进行设计,当光电二极管电容为250 fF时,该光接收机前置放大电路的跨阻增益为92 dB,-3 dB带宽为7.9 GHz,平均等效输入噪声电流谱密度约为23 pA/(0~8 GHz)。该电路采用电源电压为1.8 V时,跨阻放大器功耗为28 mW,限幅放大器功耗为80 mW,输出缓冲器功耗为40 mW,其芯片面积为800 m1 700 m。     

20GHz宽带GaAs PHEMT分布式前置放大器

采用0.5μm GaAs PHEMT工艺研制了一种光接收机分布式前置放大器.该放大器-3dB带宽接近20GHz,跨阻增益约46dBΩ;在50MHz~16GHz范围内,输入、输出电压驻波比(VSWR)均小于2;带内噪声系数在3.03~6.5dB之间,平均等效输入噪声电流密度约为14.6pA/ Hz ;在输入10Gb/s非归零(NRZ)伪随机二进制序列(PRBS)信号下,放大器输出眼图清晰,具有12ps的定时抖动和166mV峰峰电压.     

10Gb/s GaAs PHEMT高增益光接收机前置放大器

基于南京电子器件研究所0.5μm GaAs PHEMT工艺,研制了一种高增益级联式光接收机前置放大器.作为前级的跨阻抗放大器的-3dB带宽为10GHz,小信号增益为9dB;作为后级的分布式放大器的-3dB带宽接近20GHz,小信号增益为12dB;级联前置放大器小信号增益达21.3dB,跨阻增益为55.3dBΩ,在输入10Gb/s非归零伪随机二进制序列下,放大器输出眼图清晰、对称、信噪比优于跨阻放大器,分布放大器不能校正的输入波形失真也得到显著改善.     

10Gb/s GaAs PHEMT电流模跨阻抗光接收机前置放大器

采用0.5μm GaAs PHEMT工艺研制了一种单电源共栅电流模跨阻抗前置放大器(TIA).测量得到放大器-3dB带宽为7.5GHz,跨阻增益为45dBΩ;输入输出电压驻波比(VSWR)均小于2;等效输入噪声电流谱密度在14.3～22pA/ Hz之间,平均值为17.2pA/ Hz.在输入10Gb/s非归零(NRZ)伪随机二进制序列(PRBS)信号下,放大器输出眼图清晰,具有14ps的定时抖动和138mV的峰峰电压.     

12 Gb/s GaAs PHEMT跨阻抗前置放大器

采用0.5 μ m GaAs PHEMT工艺研制了一种单电源偏置光接收机跨阻抗前置放大器.放大器-3dB带宽约为9.5GHz;在50MHz~7.5GHz范围内,跨阻增益为43.5±1.5dB Ω ,输入输出回波损耗均小于-10dB;带内噪声系数在4dB~6.5dB之间,由此得到的最小等效输入噪声电流密度约为17.6pA/ Hz ;输入12Gb/s NRI伪随机序列时,放大器输出眼图清晰,眼开良好.     

一种高增益、大带宽跨阻放大器的设计

作为激光近炸引信中探测与目标识别核心元件的光电探测器,其性能取决于光电二极管和相应的放大电路。针对引信、制导应用对光电探测器的要求,提出一种新型高增益、大带宽跨阻放大器设计。该跨阻放大器由两级放大电路构成,第一级由两个对称的RGC（Regulated Cascode）结构组成,消除光电二极管漏电流对直流工作点影响,隔离光电二极管寄生电容提升工作带宽;第二级放大电路由三个级联的电流复用反相放大器构成,是跨阻放大器的主要增益级;最后以射级跟随器输出,为后续系统提供足够的电压摆幅。 该电路基于SMIC 0.35μm 标准CMOS工艺设计,仿真结果表明：跨阻增益为110.2dBΩ,带宽为46.7MHz,40MHz处的等效输入噪声电流谱密度低至1.09pA/ ,带宽内等效输出噪声电压为5.37mV。测试结果表明,跨阻放大器增益约为109.3 dBΩ,输出电压信号上升时间约为7.8ns,等效输出噪声电压大小为6.03mV,功耗约为10mW,对应芯片面积为1560×810μm2。 关键字：跨阻放大器、高增益、大带宽、RGC、反相放大器     

10Gb/s GaAs PHEMT高增益光接收机前置放大器

基于南京电子器件研究所0.5μm GaAs PHEMT工艺,研制了一种高增益级联式光接收机前置放大器，作为前级的跨阻抗放大器的-3dB带宽为10GHz,小信号增益为9dB； 作为后级的分布式放大器的-3dB带宽接近20GHz,小信号增益为12dB； 级联前置放大器小信号增益达21.3dB,跨阻增益为55.3dBΩ,在输入10Gb/s非归零伪随机二进制序列下,放大器输出眼图清晰、对称、信噪比优于跨阻放大器,分布放大器不能校正的输入波形失真也得到显著改善。     

一种基于40 nm CMOS工艺的40 Gbit/s低噪声跨阻放大器

采用40 nm CMOS工艺,设计了一个工作在40 Gbit/s数据速率的高速低噪声跨阻放大器(TIA)。为了同时兼顾噪声和带宽性能,创造性提出了一种多级串联跨阻放大器结构。输入级采用基于反相器结构的伪差分跨阻放大器,通过增加反馈电阻来减小输入电流噪声,第二级的前向运放用来抑制后级均衡器的噪声,第三级用连续时间线性均衡器(CTLE)对前级不足的带宽进行补偿,后面的三级限幅放大器(LA)对电压信号进一步放大。限幅放大器利用并联电感峰化技术和负跨导技术来提高带宽和增益。最终,信号由输出驱动器(OD)输出到片外,输出驱动器采用T-COIL技术。仿真结果表明,整条链路可以实现84 dBΩ和63 dBΩ的跨阻增益,带宽分别为31 GHz和34 GHz,输入电流积分噪声(rms)为1.75 μA。     

跨阻放大器的带宽扩展技术

提出了一种针对CMOS跨阻放大器的带宽扩展技术.基于此技术,采用应用于0.18μm 1.8V CMOS工艺,设计了一个RGC结构的跨阻放大器.仿真结果表明,该放大器具有66dB的跨阻增益,4.49GHz的带宽,输入等效噪声电流平均值为11.5pA/(Hz)～(1/2),该电路的功耗仅为15.4mW.     

一种低功耗的高速光接收器跨阻前置电路设计

为了降低芯片面积和功耗,提出了一种10 Gb/s光接收器跨阻前置放大电路。该电路采用了两个带有可调共源共栅（RGC）输入的交叉有源反馈结构,其中的跨阻放大器未使用电感,从而减少了芯片的总体尺寸。该跨阻前置电路采用0.13μm CMOS工艺设计而成,数据速率高达10 Gb/s。测试结果表明,相比其他类似电路,提出的电路芯片面积和功耗更小,芯片面积仅为0.072mm2,当电源电压为1.3 V时,功率损耗为9.1 mW,实测平均等效输入噪声电流谱密度为20pA/（0.1-10）Hz,且-3dB带宽为6.9 GHz。     

一种850nm单片集成光接收机前端

采用0.5μm GaAs PHEMT工艺和台面光刻互连工艺研制了一种850nm光接收机前端单片电路,包括金属-半导体-金属光探测器和跨阻前置放大器。探测器光敏面积约2000μm2,电容小于0.15pF,4V偏压下的暗电流小于14nA。跨阻前置放大器-3dB带宽接近10GHz,跨阻增益约43dBΩ。光接收机前端在输入2.5Gb/s非归零伪随机二进制序列调制的850nm光信号下得到较为清晰的输出眼图。     

A wide-dynamic-range, high-transimpedance Si bipolar preamplifierIC for 10-Gb/s optical fiber links

A wide-dynamic-range, high-transimpedance preamplifier IC for 10-Gb/s optical fiber links was developed using a 0.3-μm Si bipolar process. The preamplifier with a limiting amplifier enables a wide dynamic range from 16 μApp to 2.5 mApp and a high transimpedance of 1 kΩ (2 kΩ in the differential output mode). Moreover, careful circuit design achieves a transimpedance fluctuation of 0.5 dBR and an average equivalent input noise current density of 12 pA/√Hz. This preamplifier IC has the highest transimpedance of any Si bipolar preamplifier for 10-Gb/s operation. Thus, the preamplifier is suitable for 10-Gb/s short-haul optical fiber links and can be used to provide a low-cost system     

A 3.125-Gb/s inductorless transimpedance amplifier for optical communication in 0.35μm CMOS

A 3.125-Gb/s transimpedance amplifier(TIA) for an optical communication system is realized in 0.35μm CMOS technology.The proposed TIA employs a regulated cascode configuration as the input stage, and adopts DC-cancellation techniques to stabilize the DC operating point.In addition,noise optimization is processed. The on-wafer measurement results show the transimpedance gain of 54.2 dBΩand -3 dB bandwidth of 2.31 GHz.The measured average input referred noise current spectral density is about 18.8 pA/(?).The measured eye diagram is clear and symmetrical for 2.5-Gb/s and 3.125-Gb/s PRBS.Under a single 3.3-V supply voltage,the TIA consumes only 58.08 mW,including 20 mW from the output buffer.The whole die area is 465×435μm~2.     

0.35μm CMOS 2.5Gb/s宽动态范围前置放大器设计

采用Chartered 0.35μm CMOS工艺设计了一种适用于光纤传输系统STM-16(2.5Gb/s)速率级的低功耗、宽动态范围的前置放大器.该前置放大器采用RGC(Regulated Cascode)结构作为输入级,同时引入消直流电路来提高光电流的过载能力.仿真结果表明,前置放大器的跨阻增益为57.0dBΩ,-3dB带宽为2.003GHz;当误码率BER为10~(-12)时,输入灵敏度为-23.0dBm,过载光电流达到800 μ A.3.3V单电源供电时,功耗仅为59.43mW.芯片面积为465 μm × 435 μm.     

A low power 3-5 GHz CMOS UWB receiver front-end

A novel low power RF receiver front-end for 3-5 GHz UWB is presented. Designed in the 0.13μm CMOS process, the direct conversion receiver features a wideband balun-coupled noise cancelling transconductance input stage, followed by quadrature passive mixers and transimpedance loading amplifiers. Measurement results show that the receiver achieves an input return loss below-8.5 dB across the 3.1-4.7 GHz frequency range, max-imum voltage conversion gain of 27 dB, minimum noise figure of 4 dB, IIP3 of-11.5 dBm, and IIP2 of 33 dBm. Working under 1.2 V supply voltage, the receiver consumes total current of 18 mA including 10 mA by on-chip quadrature LO signal generation and buffer circuits. The chip area with pads is 1.1 × 1.5 mm2.