12路并行40Gb/s 0.35μm SiGe BiCMOS高速激光驱动器设计与实现

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进入21世纪后,随着电信网络、计算机网络以及互联网络的快速发展,IT业不断迅猛的发展,通信领域尤其是以光波为载体、光纤为传输媒质的光纤通信发展十分迅速,已成为信息高速公路的主体。光纤通信适用于多种综合数据业务,具有容量大、传输距离远、节省能源、抗干扰、抗辐射等诸多优点,发展势头迅猛,是未来宽带网络的发展方向。在光通信系统中,光发射芯片是光纤通信系统用集成电路芯片的主要部分,它主要由复接器和激光驱动器组成。激光驱动器位于发射系统的末端,其主要作用是放大复接器输出的高速信号,从而驱动激光二极管发光,实现从电到光的转换,因而激光驱动器是光发射芯片、甚至是整个光纤通信系统中非常重要的部分之一,它是实现电信号向光信号转变的关键电路,得到国内外研究机构的广泛研究。 论文基于Jazz公司0.35μm SiGe BiCMOS工艺,对12路并行40Gb/s激光驱动器的设计与实现进行研究,设计的难点在于激光驱动器的大输出电流要求输出级差分管尺寸很大,由此产生的大寄生电容将严重限制电路的工作速度。另外消除各路信号之间的衬底耦合噪声是本次设计的另外一个难点。设计的激光驱动器采用输入缓冲、差分放大电路、源极跟随级、电流开关级与输出缓冲级电路级联结构。为降低输出开关与射极跟随器之间的负载电容,电路采用交叉耦合密勒电容消除技术。此外,为避免衬底耦合噪声的干扰,电路采用了一种并行放大器的隔离技术。芯片面积为4×1 m㎡。测试结果表明芯片的工作速率可以达到3.318Gb/s,输出驱动电流在5mA至20mA之间可调,测试眼图清晰。在峰值输出电流为6mA时,单路激光驱动器电路功耗为88mW;在峰值输出电流为20mA时,单路激光驱动器电路功耗为188mW,电路一次流片成功,测试结果满足设计要求。 现阶段我国光纤通信系统中用到的芯片主要来自国外,所以开发具有自主知识产权、用于光纤传输的高速集成电路对我国信息化建设十分迫切。本文设计的12路并行40Gb/s激光驱动器可以应用于甚短距离(VSR)光传输系统中。
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