【摘 要】
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随着硅基微电子技术的成熟,人们步入了由电子革命主导的信息时代。硅工业的发展遵循着著名的摩尔定律,该定律指出集成电路芯片中晶体管的数量每18个月翻一番。然而在过去的十年里,摩尔定律有了衰落的迹象。随着芯片集成度极限的逐渐逼近,传统的金属互连因为其材料固有特性引起的互连延迟也越来越不可忽视,人们急需要一种新的结构来解决这个问题。从以往研究发展和现今实际商用的角度来看,光通信系统的基础是各种光电二极管和
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随着硅基微电子技术的成熟,人们步入了由电子革命主导的信息时代。硅工业的发展遵循着著名的摩尔定律,该定律指出集成电路芯片中晶体管的数量每18个月翻一番。然而在过去的十年里,摩尔定律有了衰落的迹象。随着芯片集成度极限的逐渐逼近,传统的金属互连因为其材料固有特性引起的互连延迟也越来越不可忽视,人们急需要一种新的结构来解决这个问题。从以往研究发展和现今实际商用的角度来看,光通信系统的基础是各种光电二极管和光电芯片,并且一直在朝着最终的光电集成一体化芯片发展。随着通信线路带宽和速度越来越高的需求,这种集成一体化不仅仅要在单个集成芯片上实现,并且要在整个通信网络中实现。所以芯片级的光电集成是整个变革的根本,也是最重要的组成部分,只要攻破了光电集成芯片这个难题,我们就将迈入新的时代。本文基于由雪崩光电二极管（Avalanche Photon Diode,APD）为核心的光探测器模块和以跨阻放大器（Transimpedance Amplifier,TIA）电路为主要部分的前端模拟电路模块设计了一款可以用于10Gbps光通信系统的光接收机封装芯片。光电探测器模块中我们通过对不同结构的光电二极管进行分析最终决定采用国内商业使用的标准APD芯片,而将主要设计重心放在10Gbps TIA放大电路上。TIA芯片在工艺上有SiGe和CMOS两种技术途径,两者在参数和性能参数上存在较大的差异,目前国内外推出的几款TIA产品均是基于SiGe工艺进行开发的,同SiGe工艺相比,CMOS工艺在噪声、增益、带宽、线性度及工作电压等关键参数方面均有所差异。但是CMOS工艺是如今电子行业最成熟的工艺,并且CMOS芯片具有最高的芯片集成度和最低的生产成本。因此本文基于40nm CMOS工艺设计了一种10Gbps速率的高速TIA芯片,包括跨阻放大电路、中间差分放大电路和输出缓冲电路等部分。当光输入电容为250f F时平均等效输入噪声电流约为15.5 pA（Hz）1/2,3d B带宽8.5GHz,跨阻增益达到了66d BΩ,封装芯片仿真结果完全符合预期指标,测试眼图眼开良好眼角清楚。芯片面积为100μm*110μm,没有采用电感峰化技术,大大降低了芯片生产成本。
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