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850 nm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。     

5Gb/s单片集成GaAs MSM/PHEMT 850nm光接收机前端

采用0.5μm GaAs PHEMT工艺研制出了一种单片集成850nm光接收机前端,它包括金属-半导体-金属(MSM)光探测器和分布放大器.探测器光敏面积为50μm×50μm,电容为0.17pF,4V偏压下的暗电流小于17nA.分布放大器-3dB带宽接近20GHz,跨阻增益约46dBΩ;在50MHz～16GHz范围内,输入、输出电压驻波比均小于2;噪声系数在3.03～6.5 dB之间.光接收机前端在输入2.5和5Gb/s非归零伪随机二进制序列调制的光信号下,得到较为清晰的输出眼图.     

5Gb/s单片集成GaAs MSM/PHEMT 850nm光接收机前端

采用0.5μm GaAs PHEMT工艺研制出了一种单片集成850nm光接收机前端,它包括金属-半导体-金属(MSM)光探测器和分布放大器.探测器光敏面积为50μm×50μm,电容为0.17pF,4V偏压下的暗电流小于17nA.分布放大器-3dB带宽接近20GHz,跨阻增益约46dBΩ;在50MHz～16GHz范围内,输入、输出电压驻波比均小于2;噪声系数在3.03～6.5 dB之间.光接收机前端在输入2.5和5Gb/s非归零伪随机二进制序列调制的光信号下,得到较为清晰的输出眼图.     

56 Gbit/s PAM4 CMOS光接收机前端电路设计

基于65 nm CMOS工艺设计了一种56 Gbit/s PAM4光接收机前端放大电路.前级为差分形式的跨阻放大器,采用共栅前馈型结构降低输入阻抗,并在输入端串联电感,有效提高了跨阻放大器的带宽和灵敏度.后级放大器采用具有线性增益控制的多级级联可变增益放大器,实现对输出摆幅的自动控制.输出缓冲器采用源极退化技术来拓展带...     

10Gb/s OEIC光接收机前端及3.125Gb/s限幅放大器

摘要：基于南京电子器件研究所Φ76mm GaAs pHEMT工艺,研制了10Gb/s OEIC光接收机前端,并首次采用耗尽型PHEMT设计并实现了限幅放大器。借助模拟软件ATLAS建立并优化了器件模型,组成形式为MSM光探测器和电流模跨阻放大器,探测器带宽超过10GHz,电容约3fF/μm,光敏面积50×50μm2,整个芯片面积1511μm×666μm。限幅放大器采用无源电感扩展带宽,并借助三维电磁仿真软件HFSS进行模拟仿真。限幅放大器芯片面积1950μm×1910μm,在3.125Gb/s传输速率下,分别输入10mVpp和500mVpp,可以得到500mVpp恒定输出摆幅。     

基于45 nm SOI CMOS的56 Gbit/s PAM-4光接收机前端设计

在光接收电路设计中,光电二极管的寄生电容以及大的输入电阻会导致接收机带宽下降,造成严重的符号间干扰(Inter-Symbol Interference, ISI)。噪声性能是高速跨阻放大器(Transimpedance Amplifier, TIA)最重要的指标之一,跨阻值决定系统的噪声性能,同时也限制了数据速率。针对100G/400G互补金属氧化物半导体(ComplementaryMetalOxideSemiconductor,CMOS)光接收机应用,基于45nm绝缘衬底上的硅(Silicon-OnInsulator,SOI)工艺设计了一种采用四电平脉冲幅度调制(4-level Pulse Amplitude Modulation, PAM-4)、工作速率为56 Gbit/s(28 Gbaud/s)的低噪声光接收机前端放大器。小带宽TIA和用于带宽拓展的跨导/跨导(g_m/g_m)放大器组成两级接收前端,在改善噪声性能的同时有效提高了带宽。采用反相器结构来增大先进CMOS工艺下的跨导和改善线性度。可变增益放大器(Variable Gain Am...     

2.5Gb/s 0.35μm CMOS光接收机前置放大器设计

采用0.35 μm CMOS工艺设计并实现了用于SDH系统STM-16(2.5 Gb/s)速率级光接收机前置放大器.此放大器采用+5 V电源电压,中频增益为73 dBΩ,3 dB带宽为2.2 GHz.核面积为0.15 mm×0.20 mm.     

2.5Gb/s宽动态范围光接收机前端放大电路设计

基于UMC 0.18μm CMOS工艺,设计了一种2Gb/s传输速率的宽动态范围光接收机前端放大电路。采用对数放大器来增大接收机的输入动态范围,前置放大器采用差分共源跨阻放大器,并使用有源电感做负载来增大带宽。实验结果表明:该接收机前端电路的增益为80dB,3dB带宽为2.3GHz,2.5Gb/s输出眼图良好,输入动态范围为60dB(1μA～1mA)。     

低噪声1.25Gb/s光接收机前端放大器

设计并实现了一种基于TSMC 0.25μm CMOS工艺的低噪声、1.25Gb/s和124dBΩ的光接收机前端放大器.跨阻放大器设计采用了有源电感并联峰化和噪声优化技术,克服了CMOS光检测器大寄生电容造成的带宽不够的问题.测试结果表明,在2pF的寄生电容下,前端放大器工作速率达到了1.25Gb/s,在光功率为-17dBm的光信号输入下得到了清晰的眼图.芯片采用3.3V电压供电,功耗为122mW,差分输出电压幅度为660mV.     

一种高集成射频接收前端

采用氮化铝陶瓷基板、硅外延法制作的PIN二极管芯片、砷化镓工艺单片低噪声放大器、硅集成驱动芯片、多芯片组件工艺技术设计的接收前端,在1~4GHz频带内插入损耗小于0.4dB,可通过连续波功率80 W,噪声系数小于1.0dB,增益大于30dB,1dB压缩点输出功率大于10dBm,尺寸为6.0mm×6.0mm×1.2mm的塑料封装。高集成的射频接收前端可广泛应用于TD-SCDMA和TD-LTE系统。     

单片集成GaAs PIN/PHEMT光接收机前端工艺研究

利用0.5μm GaAs PHEMT技术研究了适用于单片集成GaAs PIN/PHEMT光接收机前端的关键工艺,解决了台面工艺和PHEMT平面工艺的兼容性问题,包括不同浓度磷酸系腐蚀液对台面腐蚀均匀性的影响、台面与平面共有金属化工艺对光刻技术的要求。结果表明,工艺技术完全满足单片设计要求,研制得到的单片集成光接收机前端在输入1Gb/s和2.5Gb/s非归零(NRZ)伪随机二进制序列(PRBS)调制的光信号下得到较为清晰的输出眼图。     

标准CMOS工艺下单片集成光接收芯片的研究

设计了与标准CMOS工艺兼容的850 nm空间调制(Spatially Modulated,SM)结构光电探测器,在分析器件物理模型的基础上,建立了SPECTRE环境中等效电路的新模型.提出标准CMOS工艺下SM探测器与前置放大电路单片集成的电路设计.仿真结果表明,在850 nm光照下,SM探测器带宽达到400 MHz,并提供62 mA/W的响应度.整个集成芯片的工作速率为400 Mb/s,增益为0.81 kV/W,功耗为91 mW.     

5 Gb/s GaAs MSM/PHEMT 单片集成光接收机前端

由光探测器和前置放大器组成的光接收机前端将经过传输通道后发生了衰减和畸变的微产光信号转变为电压信号并初步放大,是光通信系统的关键环节。     

单片集成InGaAs PIN-JFET光接收器的设计与研制

本文报告了一种OEIC器件:单片集成InGaAs PIN-JFET光接收器的设计与研制结果.为解决光电器件与电子器件在集成上的兼容性,采用了在结构衬底上进行平面化外延的新工艺,达到了器件的准平面结构,并对器件的主要参数进行了计算,选取了较佳的载流子浓度.制成的单片集成器件中,PIN光探测器的量子效率在1.3μm处为57％,暗电流在-5V下小于100nA,JFET的跨导为34ms/mm,与计算植相符.对器件进行光接收功能测试获得了预期的结果.     

接收前端信道设计分析

介绍了接收信道前端在微波接收设备中的重要性，给出了信道前端设计的框图，介绍了各分电路在接收信道中起的作用，讨论了接收机中混频器／本振、放大器性能和系统噪声系数设计、组合干扰产生等方面对接收机性能的影响，同时强调了设计中应该注意和兼顾考虑的地方。     

具有多波长处理功能的单片集成光探测器阵列

从理论上设计并研制了一种用于可重构光分插复用技术中的具有多波长处理功能的单片集成光探测器阵列,器件在GaAs基衬底上集成了GaAs/AlGaAs材料的法布里一珀罗谐振腔和InP-In0.53 Ga0.47 As-InP材料的PIN光探测器.为了能够实现对多路波长的探测,首先利用湿法腐蚀,改变不同区域谐振腔的厚度,然后通过二次外延完成谐振腔的生长,最后利用低温缓冲层技术在GaAs材料上异质外延高质量的InP基的PIN结构.器件的工作波长位于1500 nm左右,可实现对4路波长,间隔为10 nm的光信号探测,光谱响应线宽低于0.8 nm,峰值量子效率达到12%以上,响应速率达到8.2 GHz.实验测试结果与理论分析进行了对比,并得到了很好的解释.