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1、基于SiGeBiCMOS工藝的光接收機模擬前端電路的研究Researchonanalogfront-endcircuitforopticalreceiverbasedonSiGeBiCMOSTechnology學科專業(yè)：微電子學與固體電子學研究生：谷由之指導老師：謝生副教授天津大學微電子學院二零一七年十一月摘要隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計算及第四代移動互聯(lián)網(wǎng)等大數(shù)據(jù)載體的崛起，信息傳輸量和傳輸速率雪崩式地增加，傳統(tǒng)的銅互連因嚴重的串擾和損耗等問題已經(jīng)難以適應超高速的數(shù)據(jù)傳輸與交換。與此相比，光互連以光作為信息載體，具有損耗低、帶寬高和串擾小等優(yōu)點，因而是電互連的理想替代者，也
2、是未來互連的必然趨勢。硅基材料的光集成技術類似于電子學中的集成電路，它是利用現(xiàn)有標準工藝的設備、經(jīng)驗和技術來設計、制造和封裝光電集成電路，使其在集成度、可制造性和擴展性等方面得到提高，是未來光電集成的重要突破方向。光接收機作為光通信/光互連系統(tǒng)的核心模塊，是硅基光電子的研究熱點之一。因標準CMOS工藝擁有功耗小、集成度高以及成本低的優(yōu)勢，是當前光接收機模擬前端電路最常用的工藝。而標準SiGeBiCMOS工藝具有較好的光電特性，且工藝中特有的異質結晶體管(HBT)擁有高跨導和高帶寬的特性，是寬帶光接收機系統(tǒng)設計較為理想的工藝。因此，本文基于標準硅基工藝對光互連系統(tǒng)中
3、的寬帶光接收機模擬前端電路進行了研究，主要內(nèi)容包括：1、使用UMC0.18μmCMOS技術設計了一款新型并聯(lián)反饋型TIA。對TIA進行了版圖后仿。由于后仿的仿真包含一些無法避免的寄生效應。TIA的ac增益降至58.4dBΩ，帶寬降至6.9GHz，In,in低于23.8pA/√????。測試結果顯示，電路的-3dB帶寬為5.2GHz，In,in為21.05pA/√????。2、使用IBM0.18μmSiGeBiCMOS7WL技術設計了一款整體電路，主要包括差分共射共基跨阻放大器、改進型Cherry-Hooper限幅放大器、使用差分有源密勒電容的直流偏移消除電路以及輸
4、出緩沖級。版圖后仿結果顯示，整體電路的增益降至99.3dBΩ，帶寬降至15.2GHz，In,in低于24.8pA/√????，眼圖傳輸質量良好。3、使用IHPSiGeBiCMOS0.25μm技術設計了一款整體電路，主要包括了采用自舉電路來消除探測器等效輸入電容的跨阻放大器、Cherry-Hooper限幅放大器、使用差分有源密勒電容的直流偏移消除電路、帶隙電路以及輸出緩沖級。版圖后仿結果顯示，整體電路的增益是77.8dBΩ，帶寬高達35.6GHz，電路群延時波動小于12ps，眼圖張開清晰，傳輸?shù)馁|量可以保證，可以滿足25Gb/s的超高速傳輸?shù)男枨?。關鍵詞：光接收機，
5、SiGeBiCMOS，跨阻放大器，模擬前端電路IAbstractWiththerapiddevelopmentoftheInternetofThings(IoT),cloudcomputing,andfourth-generationmobileInternet,thedatavolumeandthetransmissionrategrowsdramatically.Duetothehighlossandcrosstalk,thetraditionalcopperinterconnecthasbecomedifficulttoaccommodatetheultra
6、-high-speeddatatransmission.Asanidealalternativesolution,opticalinterconnection,whichchoosesthephotonastheinformationcarrier,hasmanyadvantages,suchaslowloss,highbandwidth,smallcrosstalkandnoimpedancematching,etal.Therefore,itisaninevitabletrendoffutureinterconnection.Siliconcompatible
7、opticalinterconnects,whichusethearchitecturesimilartotheintegratedcircuits,cansignificantlyimprovetheintegration,manufacturability,andextendibilitybyutilizingstandardtechnologyfacilities,experiences,andtechniquestodesign,fabricate,andpackageoptoelectronicintegratedcircuits.Itisanimpor
8、tantb
