标准SiGeBiCMOS工艺光接收机的研究与实现

摘要

如今,短距通信的带宽需求越来越高,电互连已成为制约通信系统整体性能的瓶颈,光互连能够有效地提升传输带宽,但受制于其高昂的成本,其在短距通信中的应用收到了限制。光接收机是光互连的核心器件之一,因此,研制低成本高性能的光接收机是近年来的研究热点。标准SiGe BiCMOS工艺因其性能和成本优势,很多国外学者进行了大量有关标准SiGe BiCMOS工艺光接收机的研究。为实现标准SiGe BiCMOS工艺光接收机,本论文开展了以下研究工作:
　　1、分析并模拟了能够在标准SiGe BiCMOS工艺上实现的光电探测器结构,基于IBM7WL标准SiGe BiCMOS工艺设计并流片实现了一种异质结PIN光电探测器,探测器面积为50μm×50μm,对880nm入射波波长的响应度为9.56mA/W;
　　2、基于IBM7WL标准SiGe BiCMOS工艺设计并实现一种E型异质结光电晶体管和一种光电晶体管阵列,两者面积均为50μm×50μm,在880nm入射波波长下,前者响应度为0.38A/W,后者响应度为0.22A/W;
　　3、设计了一种差分共射光接收机模拟前端电路,并通过IBM7WL标准SiGe BiCMOS工艺流片实现,芯片面积为850μm×440μm,测试得该电路带宽为1.87GHz,增益为66dB,数据传输速率为500MB/s;
　　4、设计了一种集成单端RGC前置放大器的光接收机模拟前端电路,并通过IBM7WL标准SiGeBiCMOS工艺流片实现,芯片面积为733μm×469μm,测试得该电路带宽为1.2GHz,增益为68dB,数据传输速率为1.5Gb/s;
　　5、设计了一种集成差分RGC前置放大器的光接收机模拟前端电路,并通过IBM7WL标准SiGeBiCMOS工艺流片实现,芯片面积为938μm×380μm,测试得该电路带宽为1.73GHz,增益为63dB;
　　6、研究了异质结PIN光电探测器、异质结光电晶体管与光接收机模拟前端电路的集成方案,基于IBM7WL标准SiGe BiCMOS工艺设计并流片实现了集成异质结PIN光电探测器的差分共射光接收机、单端RGC光接收机和差分RGC光接收机,基于IBM7WL标准SiGe BiCMOS工艺设计并流片实现了集成异质结光电晶体管的差分RGC光接收机。

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第一章 绪论

1.1 光纤通信系统简介

1.2 光接收机简介

1.3 硅衬底光接收机研究现状

1.4 本论文的研究内容

第二章 标准SiGe BiCMOS光接收机基础理论

2.1 光接收机标准SiGe BiCMOS工艺集成与基本特性参数

2.2光电探测器基础

2.3 光接收机模拟前端放大电路概述

2.4 光接收机的宽带技术

第三章 标准SiGe BiCMOS光电探测器的模拟与设计

3.1 标准SiGe BiCMOS工艺光电探测器概述

3.2 标准SiGe BiCMOS工艺基于衬底的光电探测器

3.2标准SiGe BiCMOS工艺基于阱的光电探测器

3.3 标准SiGe BiCMOS工艺异质结PIN光电探测器

3.4 标准SiGe BiCMOS工艺异质结光电晶体管

第四章 标准SiGe BiCMOS光接收机模拟前端放大电路设计

4.1 跨阻放大器

4.2 限幅放大器

4.3 输出缓冲级

第五章 标准SiGe BiCMOS光接收机整体仿真与版图设计

5.1 光接收机的整体仿真

5.2 光接收机的版图设计

第六章 标准SiGe BiCMOS光接收机测试结果

6.1 光电探测器测试结果

6.2 光接收机测试结果

第七章 总结与展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢