10Gb/s光接收机前置放大器设计与仿真

摘要

芯片光互连系统中,光接收机是一个重要的功能电路。前置放大器是光接收机的关键部分,前置放大电路的性能在很大程度上决定着整个光接收机系统的性能。前置放大器的带宽、增益和噪声特性是研究的重点,本文采用SMIC0.13μm CMOS工艺实现了10Gb/s光接收机前置放大器的设计与仿真。
　　本文先分析了低阻、高阻和跨阻放大器,由于跨阻放大器的大带宽和高动态范围,选其作为前置放大器电路设计的基本结构,同时采用输入阻抗低、直流工作点稳定的RGC结构作为跨阻放大器的输入端,它能避免光检测器寄生电容对前置放大器带宽的影响。从仿真结果来看,RGC结构-3dB带宽是8.63GHz,比普通电路结构带宽提高了30.5％;光检测器寄生电容从0.2pF到0.3pF变化时,RGC结构的带宽基本不变。同时采用电感并联峰化和无源带宽网络匹配技术相结合进一步拓展带宽,获得了一种改进的前置放大器电路结构。采用Cadence Spectre软件进行仿真,仿真结果表明,在光检测器结电容为典型值0.25pF,1.8V电压源供电下,前置放大器电路的-3dB带宽达到8.43GHz,带宽提高了13.5%,满足10Gb/s工作速率的要求,同时再优化反馈电阻Rf,进一步提升增益,降低噪声,电路的跨阻增益达到60.2dB,输入参考噪声电流为36.3pA Hz。最后完成了前置放大器的版图设计。

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第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 光接收机系统简介

1.4 论文安排

第二章 光检测器和前置放大器的理论分析

2.1 引言

2.2 光检测器

2.3 前置放大器

2.4 光接收机前端电路的噪声分析

2.5 本章小结

第三章 跨阻前置放大器方案论证

3.1 引言

3.2 跨阻前置放大器理论分析

3.3 跨阻前置放大器性能分析

3.4 跨阻前置放大器的电路类型

3.5 本章小结

第四章 前置放大器的设计与仿真

4.1 设计指标

4.2 系统结构

4.3 前置放大器的电路设计与仿真

4.4 版图设计

4.5 本章小结

第五章 总结与展望

致谢

参考文献

硕士期间取得的研究成果