SiGe工艺RoF模拟直调激光驱动器设计

摘要

移动通信与光纤通信作为两大广泛应用的通信技术一直都在朝着更高的传输速率而发展。目前商用的LTE(Long Term Evolution，长期演进)移动通信网络在理论上速度已经超过了100Mbps，而100Gbps的光纤通信网络也已经商用了。光载无线RoF(Radio over Fiber)结合了光纤通信的高速、移动通信的灵活便捷可移动的特点，已经成为通信网络技术发展的一个重要方向。模拟直调RoF技术把已调制过的模拟射频信号直接在光纤信道上传输，不需要模数采样变换等转换过程。
　　激光器是RoF通信系统中不可缺少的光源发生装置，其产生的光波用于承载数据信息。激光器发出的光能来源于驱动器提供的电能，在模拟直调RoF系统中，驱动器更是担负起线性放大射频已调信号的职责。本文主要研究并设计的正是应用于模拟直调RoF系统中的激光驱动器。
　　本文首先阐述了RoF的研究背景和发展现状，接着分析了驱动器的设计所面临的问题，研究了驱动器的设计思路与解决方案。
　　本论文选用IBM130nm SiGe BiCMOS工艺制程设计了两个工作在5GHz频段的单端两级放大RoF模拟直调激光驱动器，其中一块驱动器单片集成输入输出匹配网络，另一块则没有集成匹配网络。前者使用的是8XP工艺，后者采用8HP工艺。两种工艺的主要区别体现在HBT的性能上。
　　本文给出了两块5 GHz RoF模拟直调激光驱动器的前端电路原理图、后端版图和后仿结果。在1.8V的单电源电压下，8XP驱动器后仿真输出1dB压缩点OP1dB达到22dBm，功率增益最大约为20.74dB，功率附加效率最大约为16.8％，功率增益在输入功率从-8dBm～0dBm变化区间内起伏波动不超过0.4dB，后仿结果基本满足指标要求，芯片面积约为1420μm×76μm。8HP驱动器芯片面积约为935μm×900μm。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 RoF技术研究背景和意义

1．1．1 当前光纤通信的发展情况

1．1．2 当前无线通信的发展情况

1．1．3 RoF技术概述

1．2 国内外研究及发展现状

1．3 本论文的主要工作和结构安排

第2章 RoF模拟直调驱动器理论研究

2．1 直接强度调制

2．2 半导体激光器电学特性

2．3 驱动器的工作频段

2．4 SiGe工艺

2．4．1 有源器件

2．5 驱动器前端设计考虑的因素

2．5．1 HBT等效电路模型

2．5．2 击穿电压

2．5．3 线性度

2．5．4 匹配网络

2．5．5 偏置电路

2．5．6 交流稳定性

2．5．7 驱动能力

第3章 RoF模拟直调驱动器设计

3．1 驱动器设计指标要求

3．2 驱动器的主要性能参数

3．2．1 功率增益

3．2．2 散射参数

3．2．3 效率和功率附加效率

3．2．4 线性度

3．3 驱动器设计流程

3．3．1 晶体管的选择

3．3．2 驱动器电路结构的选择

3．4 驱动器设计方案

3．4．1 驱动器功率级的设计

3．4．2 驱动器驱动级的设计

3．4．3 驱动器偏置电路的设计

3．4．4 驱动器匹配网络的设计

3．4．5 驱动器交流稳定性设计

3．5 IBMSXP驱动器电路结构

3．6 IBM8HP驱动器电路结构

3．6 前仿结果

3．7 本章小结

第4章 驱动器芯片版图和后仿真

4．1 驱动器后端版图设计考虑因素

4．1．1 金属互连线的寄生电容的产生方式和消弱方法

4．1．2 金属线上寄生电阻

4．1．3 金属层线电流密度要求

4．1．4 衬底耦合与损耗

4．1．5 焊盘布局

4．2 采用两种不同工艺设计的驱动器的版图

4．2．1 IBM8XP驱动器版图

4．2．2 IBMSHP驱动器版图

4．3 驱动器后仿真结果

4．3．1 IBM8XP驱动器后仿真

4．3．2 IBM8HP驱动器后仿真

4．4 后仿真结果与设计指标比较

4．5 本章小结

第5章 驱动器测试方案

5．1 IBM8XP驱动器测试方案

5．1．1 直流工作点测试

5．1．2 散射参数测试

5．1．3 驱动能力测试

5．2 IBMSHP驱动器测试方案

第6章 总结与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间已发表论文