基于SiGe BiCMOS工艺的光接收机模拟前端电路的研究

来源 :天津大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:chunmin1986
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随着物联网、云计算及第四代移动互联网等大数据载体的崛起,信息传输量和传输速率雪崩式地增加,传统的铜互连因严重的串扰和损耗等问题已经难以适应超高速的数据传输与交换。与此相比,光互连以光作为信息载体,具有损耗低、带宽高和串扰小等优点,因而是电互连的理想替代者,也是未来互连的必然趋势。  硅基材料的光集成技术类似于电子学中的集成电路,它是利用现有标准工艺的设备、经验和技术来设计、制造和封装光电集成电路,使其在集成度、可制造性和扩展性等方面得到提高,是未来光电集成的重要突破方向。光接收机作为光通信/光互连系统的核心模块,是硅基光电子的研究热点之一。因标准CMOS工艺拥有功耗小、集成度高以及成本低的优势,是当前光接收机模拟前端电路最常用的工艺。而标准 SiGe BiCMOS工艺具有较好的光电特性,且工艺中特有的异质结晶体管(HBT)拥有高跨导和高带宽的特性,是宽带光接收机系统设计较为理想的工艺。因此,本文基于标准硅基工艺对光互连系统中的宽带光接收机模拟前端电路进行了研究,主要内容包括:  1、使用UMC 0.18μm CMOS技术设计了一款新型并联反馈型TIA。对TIA进行了版图后仿。由于后仿的仿真包含一些无法避免的寄生效应。TIA 的 ac 增益降至 58.4dBΩ,带宽降至 6.9GHz,In,in低于 23.8pA/测试结果显示,电路的-3dB带宽为5.2GHz,In,in为21.05pA/  2、使用IBM 0.18μm SiGe BiCMOS 7WL技术设计了一款整体电路,主要包括差分共射共基跨阻放大器、改进型Cherry-Hooper限幅放大器、使用差分有源密勒电容的直流偏移消除电路以及输出缓冲级。版图后仿结果显示,整体电路的增益降至99.3dBΩ,带宽降至15.2GHz,In,in低于24.8pA/,眼图传输质量良好。  3、使用IHP SiGe BiCMOS 0.25μm技术设计了一款整体电路,主要包括了采用自举电路来消除探测器等效输入电容的跨阻放大器、Cherry-Hooper 限幅放大器、使用差分有源密勒电容的直流偏移消除电路、带隙电路以及输出缓冲级。版图后仿结果显示,整体电路的增益是77.8dBΩ,带宽高达35.6GHz,电路群延时波动小于12ps,眼图张开清晰,传输的质量可以保证,可以满足25Gb/s的超高速传输的需求。
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