單路與多路CMOS工藝單片光電集成接收機(jī)研究與制作.pdf

1、隨著數(shù)據(jù)傳輸量的不斷增大，傳統(tǒng)的電互連已經(jīng)不能滿足要求。目前在信息傳輸方面，呈現(xiàn)出光互連與電互連共存的局面，并且由于光互連的優(yōu)越性，在不久的將來光互連有可能全面取代電互連。在光互連系統(tǒng)中，高速高靈敏度的光接收機(jī)設(shè)計(jì)是一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。傳統(tǒng)的光接收機(jī)中，光電探測器以及高速模擬電路模塊的設(shè)計(jì)制造大部分采用非CMOS技術(shù)，雖然能夠獲得較為優(yōu)越的性能，但是工藝不成熟，制作成本高，設(shè)計(jì)和加工周期長。CMOS超大規(guī)模集成電路以及工藝技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)了光互

2、連CMOS高速光電探測器和前置放大電路的發(fā)展，使得有可能將光接收機(jī)中的光電探測器與接收機(jī)前置模擬放大電路部分集成到同一塊芯片上，這樣在光電探測器與前置模擬放大電路之間就可以直接通過CMOS工藝中的金屬層來進(jìn)行連接，從而可以最大限度的消除封裝和模塊間互連所產(chǎn)生的寄生效應(yīng)以及外界環(huán)境的電磁干擾和噪聲，降低了光接收機(jī)制作的工藝復(fù)雜度，制作成本較低。并且，隨著CMOS工藝技術(shù)的不斷成熟，特征尺寸不斷減小，接收機(jī)各個(gè)模塊的速度能夠很快的提高，具有

3、廣闊的發(fā)展前景。 本文圍繞高速高靈敏度光接收機(jī)中的光電探測器和前置放大電路展開研究，首先討論了光接收機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、性能參數(shù)，分別分析了光電探測器和前置放大電路的原理、性能、結(jié)構(gòu)，闡述了在光接收機(jī)設(shè)計(jì)過程中各部分所面臨的問題和各個(gè)性能參數(shù)之間必要的折中。分別對光電探測器以及前端放大電路進(jìn)行了模擬。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了單路OEIC接收機(jī)和12路OEIC接收機(jī)并流片測試，具體包括： 1.設(shè)計(jì)了多種與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝兼容的硅基光電

4、探測器結(jié)構(gòu)，通過軟件進(jìn)行仿真得出其性能參數(shù)，分別采用無錫上華0.6μm CMOS工藝和臺(tái)積電0.18μm CMOS工藝進(jìn)行了單獨(dú)的流片，并進(jìn)行了測試。 2.設(shè)計(jì)了光接收機(jī)前置放大電路。在TIA電路中，帶寬的提高和噪聲性能的提高幾乎是矛盾的，因此需要在二者之間進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼壑?。我們提出了光接收機(jī)靈敏度的具體分析方法，并通過仿真確定電路參數(shù)與接收機(jī)靈敏度的關(guān)系；同時(shí)結(jié)合CMOS集成電路工藝的發(fā)展，提出了新型的在TIA中進(jìn)行前均衡頻率補(bǔ)

5、償?shù)姆椒ǎ瑏硖岣咂鋷挕?3.針對VSR4-1.0協(xié)議的要求，進(jìn)行了12路并行光接收機(jī)的研究。在研制過程中，并行光接收機(jī)與單路光接收機(jī)的一個(gè)重要不同點(diǎn)就是在通道之間存在串?dāng)_。我們嘗試了抑制串?dāng)_通常所采用的隔離方法，同時(shí)尋找到一種新型的通過電路設(shè)計(jì)分析來減小通道間串?dāng)_的新方法。 4.在上述模擬仿真和分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了光接收機(jī)各部分和整體的版圖，并且進(jìn)行了流片和測試，測試結(jié)果證實(shí)了仿真中的想法。 5.進(jìn)行了12路光