基于標(biāo)準(zhǔn)SiGeBiCMOS工藝的光接收機(jī)前端電路設(shè)計(jì).pdf

1、近年來(lái),電信網(wǎng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)、英特網(wǎng)以及通信與多媒體技術(shù)的迅猛發(fā)展使得人們對(duì)數(shù)據(jù)信息的需求量持續(xù)增加,光纖通信的發(fā)展?jié)M足了人們對(duì)于高速數(shù)據(jù)通信的需求。與此同時(shí),隨著晶體管工作速度的不斷提升使得金屬間互聯(lián)線延遲成為限制集成電路工作速度的主要原因,而光互連被認(rèn)為是有效解決芯片間電互連速度限制的有效方式。因此,光接收機(jī)作為其中將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的模塊而占有重要地位。標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝因集成度高以及低成本等方面的優(yōu)勢(shì)成為學(xué)者們的研究熱點(diǎn),然而由于其

2、頻率特性的限制難以實(shí)現(xiàn)寬帶光接收機(jī)。以往的高速寬帶接收機(jī)大多采用GaAs或InP等化合物半導(dǎo)體材料制造,其主要缺點(diǎn)為制造成本高,且與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝不兼容,這使得其應(yīng)用范圍受到很大的限制。SiGe BiCMOS工藝是在標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝的基礎(chǔ)上同時(shí)實(shí)現(xiàn)CMOS器件和SiGe異質(zhì)結(jié)雙極晶體管器件,因此同時(shí)解決了化合物半導(dǎo)體集成度差、成本高以及標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝頻率特性差的問(wèn)題?；谝陨显?這使得SiGe BiCMOS工藝下的單片集成光接收機(jī)

3、成為新的研究熱點(diǎn)。
　　本文基于IBM0.18μm SiGe BiCMOS工藝設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)了光接收機(jī)模擬前端放大電路,分析了影響帶寬及增益的主要因素。在原有標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝的基礎(chǔ)上,詳細(xì)分析了接收機(jī)的各個(gè)主要性能指標(biāo)。論文從最基本的電路結(jié)構(gòu)入手,逐步過(guò)渡到較為復(fù)雜的電路模塊,進(jìn)而組成接收機(jī)模擬前端放大電路。通過(guò)兩種不同工藝下電路的仿真對(duì)比,驗(yàn)證了SiGe BiCMOS工藝中異質(zhì)結(jié)雙極晶體管在頻率以及噪聲等方面的優(yōu)勢(shì)。經(jīng)仿真驗(yàn)證表明,

4、與MOS晶體管相比,采用SiGe HBT作為跨阻放大器的差分輸入對(duì),提高了接收機(jī)的噪聲性能,且其較高的跨導(dǎo)拓展了接收機(jī)的帶寬。利用Cadence IC5141仿真平臺(tái)中的Spectre仿真器對(duì)其進(jìn)行仿真,仿真結(jié)果表明,在1.8V電源電壓供電下,驅(qū)動(dòng)50Ω電阻和10pF電容負(fù)載時(shí)光接收機(jī)前端跨阻增益為74.59dB,帶寬為2.39GHz,功耗為39.6mW。在誤碼率為10-9的情況下,光接收機(jī)模擬前端電路可以有效地傳輸數(shù)據(jù)速率為3Gbit