10 Gbit-s光纖通信前置放大器的分析與設(shè)計(jì).pdf

1、隨著社會(huì)的進(jìn)步，信息量的迅猛增長，人們對(duì)信息處理速度的要求也越來越高?；诠饫w通信系統(tǒng)頻帶寬、容量大、傳輸損耗低、體積小、質(zhì)量輕、抗干擾、抗腐蝕、節(jié)省能源、資源豐富等諸多優(yōu)點(diǎn)，光纖通信系統(tǒng)必然將成為或者正在成為下一代寬帶網(wǎng)絡(luò)通信的主體。因此，開發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的光纖通信系統(tǒng)是必不可少的。
　　 在光纖通信系統(tǒng)的光接收機(jī)中，因?yàn)榍爸梅糯笃髂K所處位置的特殊性，所以其性能在很大程度上決定了整個(gè)光接收機(jī)的性能。本課題所設(shè)計(jì)的前置放大

2、器可適用于滿足同步數(shù)字體系SDHSTM-64(10Gb/s)傳輸速率的光纖通信系統(tǒng)的需要。
　　 前置放大器的作用是將光檢測(cè)器傳輸過來的微弱脈沖電流信號(hào)轉(zhuǎn)換并放大為脈沖電壓信號(hào)。論文首先介紹了為前置放大器提供輸入的光檢測(cè)器的噪聲性能和等效電路，進(jìn)一步明確了前置放大器的設(shè)計(jì)目標(biāo)。接著，對(duì)低阻、高阻和跨阻前置放大器進(jìn)行了詳細(xì)的介紹和對(duì)比，并詳細(xì)介紹了跨阻放大器對(duì)基本放大器在輸入輸出阻抗和帶寬等方面的影響，最終確定采用適用于高速率傳輸

3、的跨阻放大器結(jié)構(gòu)。論文接著對(duì)共柵形式、共漏形式、共源形式和RGC形式的四種前置放大器，從輸入輸出阻抗、增益、帶寬和噪聲等方面進(jìn)行了詳細(xì)的分析和理論推導(dǎo)，由于RGC形式的前置放大器在輸入輸出阻抗和帶寬等方面的優(yōu)勢(shì)，最終確定采用RGC結(jié)構(gòu)作為前置放大器的輸入級(jí)。
　　 為了滿足電路對(duì)高帶寬的要求，論文采用多種技術(shù)來擴(kuò)展電路的帶寬。RGC結(jié)構(gòu)作為輸入級(jí)，不僅能夠避免較大的光檢測(cè)器寄生電容對(duì)帶寬的影響，還可以利用其前置放大器自身反饋機(jī)制

4、所帶來的零點(diǎn)尖峰來進(jìn)一步擴(kuò)展帶寬；采用電壓-電流負(fù)反饋，來減小電路主極點(diǎn)處的等效阻抗值；采用源跟隨器結(jié)構(gòu)，來避免后級(jí)電路等效輸入電容在主極點(diǎn)處的密勒效應(yīng)；采用容性退化技術(shù)，來產(chǎn)生一個(gè)能夠抵消主極點(diǎn)的零點(diǎn)。通過采用上述擴(kuò)展帶寬的技術(shù)后，電路的-3dB帶寬達(dá)到8.69GHz，滿足了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。論文最后對(duì)所設(shè)計(jì)電路進(jìn)行版圖的實(shí)現(xiàn)。首先介紹了版圖設(shè)計(jì)的流程，接著介紹了版圖設(shè)計(jì)規(guī)則和版圖設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。另外，對(duì)天線效應(yīng)、閂鎖效應(yīng)和靜電放電保護(hù)等可靠

5、性設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳盡的描述。為了使電路的性能達(dá)到最佳，我們不僅對(duì)電路進(jìn)行了合理的平面布局，還采用了諸如dummy器件、對(duì)稱性、共心技術(shù)和指狀交叉技術(shù)等多種技術(shù)來保證電路的匹配。
　　 利用Cadence公司的Spectre和Viauoso軟件并采用TSMC的0.18μm工藝完成了具有8.69GHz帶寬的前置放大器電路的設(shè)計(jì)和版圖的實(shí)現(xiàn)，所設(shè)計(jì)的電路完全能夠滿足光纖通信系統(tǒng)的10Gb/s傳輸速率的需要。該前置放大器的增益為40.1dB