基于0.13µm CMOS工艺的10Gb/s高速光接收机设计

摘要

随着现代通讯技术的高速发展,迫切需求超高速、超高带宽以及低成本的数据传输系统。传统电互连技术已不能满足当前发展的要求。光互连由于高速、低功耗和低成本等优点受到人们的广泛关注。而光接收机在光互连中扮演着不可或缺的角色。本文重点研究光接收机中的光电探测器和前置放大器电路部分。
　　本文借鉴CMOS工艺、器件的设计思路,结合已有的光电探测器结构,创新性地提出了一种深n阱高速光电探测器结构,该光电探测器采用交叉掺杂以及周期性电场等设计技术,进一步降低了衬底深处输运速率较慢的电子扩散电流对光生电流的影响,显著提高了器件的工作速度,改善了器件噪声特性,并且该结构还具有与Si基CMOS工艺完全兼容的特点。利用MATLAB对所设计的光电探测器在特定光源、电场下表现出的电流、带宽、电容以及噪声等特性的仿真结果表明:在光源波长为850nm,1.2V的直流电源下,当衬底中电子扩散长度为5μm时,最大带宽达到1.47GHz。
　　借助电感峰化技术,采用RGC结构与负反馈技术,设计了一种10Gb/s前置放大器电路。Spectre仿真结果表明:前置放大器电路增益约为39dB,-3dB带宽为8.01GHz,10GHz处噪声电流密度11.6pA/(Hz)1/2,输出摆幅80mV。达到了预期的设计目标。

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第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 光接收机

1.3 光接收机发展历史和研究现状

1.4 论文主要内容和章节安排

第二章 光电探测器理论基础

2.1 引言

2.2 光电探测器的工作原理

2.3 光电探测器的性能指标

2.4 光电探测器的结构

2.5 与 Si 基 CMOS 工艺兼容的光电探测器速度理论

2.6 本章小结

第三章 新型深 n 阱高速光电探测器设计

3.1 引言

3.2 器件结构

3.3 特性仿真与结果分析

3.4 本章小结

第四章 10Gb/s 高速前置放大器设计与仿真

4.1 引言

4.2 电路拓扑结构

4.3 电路分析

4.4 仿真分析

4.5 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

致谢

参考文献

硕士期间参加的科研项目