用于光通信的高速CMOS差分光接收机的研究与设计

摘要

单片光电集成(OEIC)是实现高速大容量光通信的根本出路，与混合集成光接收机相比，单片CMOS光电集成接收机不仅可以大大降低接收机的成本，而且最大限度地消除了封装和模块间互连所产生的寄生元件及外界环境的电磁干扰和噪声，提高了接收机的性能。同时该技术还具有体积小、成品率高、可靠性好和可以实现更为丰富的电路功能等优点。
　　 光电探测器、前置放大电路等模块均是光纤通信用光接收机不可缺少的重要组成部分。本文采用标准CMOS工艺实现了两种高速光电集成接收机。对于标准CMOS光电集成接收机的各个模块，论文分别进行了理论分析，结构、电路和版图设计：研究了硅基光电探测器的结构，并采用Chartered0.35μm EEPROM标准CMOS工艺实现了一种频率响应达到1GHz的叉指型P+/N阱/P型衬底的光电探测器；研究了补偿技术，并设计了两种补偿电路：有源电感峰化电路和高通滤波器叠加补偿电路；研究并设计实现了两种高速跨阻前置放大器，即差分共源跨阻前置放大器和RGC前置放大器。
　　 在此基础之上，基于Chartered0.35μm EEPROM标准CMOS工艺，设计了两种CMOS光电集成接收机，并进行了电路仿真、版图设计和流片实现。测试结果表明差分共源光接收机的数据传输速率达到了1.5Gb/s而RGC型差分光接收机的数据传输速率达到了1Gb/s。
　　 本论文的研究成果在于实现了两种高速CMOS光电集成接收机。其中，硅基光电探测器和跨阻前置放大器的分析与设计均有很好的指导意义和参考价值。