120gbs0.18μmcmos并行光接收前端放大器陣列設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、東南大學(xué)碩士學(xué)位論文120Gb/s0.18μm CMOS并行光接收前端放大器陣列設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)姓名：陳里理申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：碩士專業(yè)：電子科學(xué)與技術(shù)；電路與系統(tǒng)指導(dǎo)教師：李智群20110307A b s t r a c tA b s t r a c tV a r i e t i e s o f I n t e r a c t a p p l i c a t i o n a n d s e r v i c e d e v e l o p m e

2、n td e m a n d e x p l o s i v ei n c r e a s i n g o fb a n d w i d t h ．O p t i c a lc o m m u n i c a t i o n i s c o n s i d e r e d t o b e t h e e f f i c i e n tt e c h n o l o g y t Oh a v e t h ea b i l i t y t

3、ob r e a k t h eb o t t l e n e c ko f h i g h - s p e e dd a t at r a n s m i s s i o n ．O p t i c a l c o m m u n i c a t i o nc h i p sr e q u i r e l o w e r c o s L l o w e rp o w e rc o n s u m p t i o n ，h i g h e

4、 rs p e e d ，h i g h e ri n t e g r a t i o nl e v e l a n dm o r ef u n c t i o n s ．T h ep a r a l l e l o p t i c a lt r a n s c e i v e ra d o p t sm u l t i - c h a n n e l m i d —h i g h s p e e d c i r c u i t s a

5、 n do p t i c a l f i b e r s t O a c h i e v e l a r g e rc a p a c i t yo f d a t at r a n s m i s s i o n ．A st h ec r i t i c a l r o l e o ft h eo p t i c a l r e c e i v e r , t h ef r o n t - e n d a m p l i f i e

6、 ra f f e c t st h ep e r f o r m a n c eo f t h ew h o l e o p t i c a lr e c e i v e r ．T h i s w o r k a i m s t od e m o n s t r a t ea 12 0 一G b ／s12 ·c h a n n e lp a r a l l e lo p t i c a lr e c e i v e rf r

7、 o n t - e n da m p l i f i e ra r r a yb a s ea O ．18 - 1 a mC M O Sp r o c e s s ．E a c hc h a n n e li n c o r p o r a t e s a t a n s i m p e d a n c ea m p l i f i e r ( T I A ) a n dal i m i t i n ga m p l i f i e

8、r ( L A ) ，o p e r a t i n g a t 10 G b ／s ．T h eT I A a d o p t sR G C i n p u tc o n f i g e r a t i o n ，s h u n tp e a k i n ga n dn e g t i v ef e e d b a c kc i r c u i t t O e n h a n c e b a n d w i d t h ，a n d

9、o p t i m i z e e q u i v a l e n t i n p u t n o i s e c u r r e n t b ya n a l y s i s i n g i t sn o i s e e q u i v a l e n tc i r c u i t ．T h eo n —w a f e r m e a s u r e m e n t s r e v e a lt h a tt h e T I Ap r

10、 o v i d e sa c o n v e r s i o ng a i no f 4 8 ．3d Ba n d - 3 - r i Bb a n d w i d t ho f 7 ．9 G H z ．T h ea v e r a g es q u a r er o o to fi n p u tn o i s ec u r r e n ti s a b o u t1 ．9 7 釁．U n d e r a1 ．8 - Vs u p

11、p l yv o l t a g e ，t h ed i f f e r e n t i a l T I A c o n s u m e s2 9 ．2m 彤c o n t i n ga no u t p u tb u f f e r ．T h eC O r ec h i pa r e a i s1 4 4 x 16 0 p m 2 e x c l u d i n g t h e o u t p u t b u f f e r a n

12、d t e s t i n g p a d s ．T h e L Ae m p l o y si n t e r l e a v i n g a c t i v e f e e d b a c k t e c h n o l o g y t o g a i n h i g h b a n d w i t h a n d s u p p r e s s t h ea c c u m u l a t i o n o fg a i np e

13、a k i n g ．U n d e ra 1 ．8 一Vs u p p l yv o l t a g e ．t h eL A c o n s u m e s6 8 ．4m W a n d p r o v i d e s3 10 ·m V d i f f e r e n t i a lo u t p u ts w i n g ．A f u l l y i n t e g r a t e d o p t i c a l r e

14、c e i v e r f r o n t —e n d a m p l i f i e r a r r a y f o r 12p a r a l l e lo p t i c ·f i b e rl i n kh a s b e e nd e v e l o p e d b y i n c o r p o r a t i n gT I A a n d L A ．T r i p l e —w e l li s o l a t

15、 i o ns t r u c t u r e i s u s e dt O s u p p r e s sc r o s s t a l kb e t w e e nh i g hs p e e da n dh i g hg a i n f r o n t - e n da m p l i f i e r c h a n n e l s ．C o n s u m i n g a l la v e r a g e D Cp o w e

16、r o f7 3 ．4m W p e r c h a n n e lf r o m a1 ．8 - Vs u p p l yv o l t a g e ．t h ef a b r i c a t e dr e c e i v e rf r o n t - e n da m p l i f i e r a r r a ye x h i b i t sa g o o d1 2 0 G b ／sp a r a l l e lo p e r a

17、 t i n g w i t h1 0G b ／sp e rc h a n n e l ．T h ec h i ps i z ei s 1 1 4 2 ．0 x 3 8 1 5 ．2p m 2 ，a n dt h ec o r ea r e aw i t h o u t t e s t i n gp a d si s 2 8 5 ×8 5 5p m 2 ．T 1 1 u s ，t h i sd e s i g nm e e t

18、 st h er e q u r e m e n t so fl o w c o s t , l o wp o w e r c o n s u m p t i o n ，h i g hs p e e da n d h i g hi n t e g r a t i o nl e v e l ．T h i sc h i pi ss u i t a b l ef o rh i g hs p e e d p a r a l l e lo p t