寄生参数对半导体激光器直接调制特性的影响

版图设计中的寄生参数分析深圳中兴集成电路设计有限公司金善子1．引言正如我们了解的，工艺层是芯片设计的重要组成部分。

一层金属搭在另一层金属上面，一个晶体管靠近另一个晶体管放置，而且这些晶体管全部都是在衬底上制作的。

只要在工艺制造中引入了两种不同的工艺层，就会产生相应的寄生器件，这些寄生器件广泛地分布在芯片各处，更糟糕的是我们无法摆脱它们。

寄生器件是我们非常不希望出现的，它会降低电路的速度，改变频率响应或者一些意想不到的事情发生。

既然寄生是无法避免的，那么电路设计者就要充分将这些因素考虑进去，尽量留一些余量以便把寄生参数带来的影响降至最低。

2．寄生参数的种类寄生参数主要包括了电容寄生、电阻寄生，和电感寄生。

2．1 寄生电容图1所呈现的是在不同金属层之间以及它们与衬底之间产生的电容情况：图(1) 无处不在的寄生电容由上图我们可以看到寄生电容无处不在。

不过需要了解的是即使寄生电容很多，但是如果你的电路设计对电容不十分敏感的时候，我们完全可以忽略它们。

但当电路的设计要求芯片速度很快的时候，或者频率很高时，这些寄生的电容就显得格外重要了。

一般来说，在一个模拟电路中，只要频率超过20MHz 以上，就必须对它们给予注意，否则，它有可能会毁掉你的整个芯片。

减少寄生电容可以从以下几个方面入手：(1)导线长度如果你被告知某个区域的寄生参数要小，最直接有效的方法就是尽量减小导线长度，因为导线长度小的话，与它相互作用而产生的电容例如金属或者衬底层的电容就会相应地减小，这个道理显而易见。

(2)金属层的选择另一种解决的办法则是你的金属层选择。

起主要作用的电容通常是导线与衬底之间的电容，图2则说明了衬底电容对芯片的影响。

Noisy Quiet图(2) 衬底电容产生的噪声影响如上所示，电路1和电路2都对地产生了一个衬底电容，衬底本身又有一个寄生电阻，这样一来电路1的噪声就通过衬底耦合到电路2上面，这是我们不希望看到的。

因此我们改变一下金属层，通常情况下，最高金属层所形成的电容总是最小的。

相干光通信技术徐飞 20114487【摘要】:随着各种新型通信技术的发展以及互联网带来的信息爆炸式增长，科学研究工作者们提出了相干光通信这一解决办法。

本文简要介绍了相干光通信的基本原理、相干光通信相对其他通信方式的优点和它所涉及的主要技术，以及在超长波长光纤通信系统中的应用等问题。

【关键词】:相干调制、外差检波、稳频、超长波长光纤引言:在光纤通信领域，更大的带宽、更长的传输距离、更高的接受灵敏度，是科学研究者们永远的追求。

虽然波分复用(WDM)技术和掺铒光纤放大器(,,,,)的应用已经使光纤通信系统的带宽和传输距离得到了极大地提升但随着视频会议等一系列新的通信技术的不断发展应用和互联网普及带来的信息爆炸式增长，相干光通信技术的研究与应用显得越发的重要。

1.相干光通信的基本原理:在相干光通信中主要利用了相干调制和外差检测技术,所谓相干调制,就是利用要传输的信号来改变光载波的频率、相位和振幅,这就需要光信号有确定的频率和相位,即应是相干光。

激光就是一种相干光。

所谓外差检测,就是利用一束本机振荡产生的激光与输人的信号光在光混频器中进行混频,得到与信号光的频[1]率、相位和振幅按相同规律变化的中频信号。

在光发射端用外光调制方式将信号以调幅、调相或调频的方式调制到光载波上，再经过光匹配器送入光纤中进行传输，当信号光传输到光接收端时，先用一束本振光信号与之进行相干混合，然后用探测器检测。

相干光通信根据本振光信号频率与接收到的信号光频率是否相等，可分为外差检测相干光通信和零差检测相干光通信。

外差检测相干光通信经光电检波器获得的是中频信号，还需要进行二次解调才能被转换成基带信号。

外差检测相干光通信又可根据中频信号的解调方式分为同步解调和包络解调。

零差检测相干光通信的光信号经光电检波器后被直接转换成系带信号，不需要进行二次解调，但本振光频率与信号光频率要求严格匹配，并且要求本振光与信号光的相位锁定。

2.相干光通信的优点:相干光通信技术充分利用了它的混频增益、信道选择性及可调性出色以及充分利用光纤通信的带宽等特点，逐步适应当前通信的巨大需求，与传统的通信系统相比，具有以下突出的优点。

半导体激光器件中的高速调制与调制带宽分析在现代通信技术的快速发展下，半导体激光器件被广泛应用于高速光纤通信、光纤传感和光学存储等领域。

高速调制是实现高速信号传输的关键技术之一，它能够将电信号转换为光信号，通过光纤进行传输，并在接收端再将光信号转换为电信号。

在半导体激光器中，高速调制是通过改变激光器件中的电流、电压或外施加的光来实现的。

其中最常用的方法是电流调制，即通过调节注入到激光器中的电流来实现激光的调制。

另外，还可以通过光抽运或光调制的方式进行调制。

高速调制的主要目的是实现更高的调制带宽，以满足越来越高的数据传输要求。

调制带宽是指高速调制器件在输入信号频率的范围内能够输出稳定的光信号的能力。

在设计和选择高速调制器件时，需要考虑到调制带宽的要求，以确保传输的信号能够被准确和可靠地传输。

调制带宽的分析可以从许多方面进行，其中一种常用的方法是利用小信号模型来分析调制带宽。

小信号模型假设输入信号的幅度较小，可以通过将非线性效应线性化的方式来进行分析。

根据小信号模型，调制带宽可以用单位增益截止频率来描述，单位增益截止频率是指在该频率下，输出信号的幅度下降3dB，且相位延迟90度。

除了小信号模型，还可以使用眼图来分析调制带宽。

眼图是一种用于观察数字信号质量的工具，可以通过测量信号的上升时间、下降时间和幅度来评估调制带宽。

一般来说，眼图越开放，表示调制带宽越大，传输信号的质量越好。

在实际的高速调制器件中，存在许多影响调制带宽的因素。

一方面，激光器件本身的特性对调制带宽有直接影响。

这包括激光器的共振频率、寿命和增益等因素。

另一方面，外部因素如电路布局、电源噪音和环境温度等也会对调制带宽产生影响。

为了提高高速调制器件的调制带宽，可以采取一系列的措施。

一种常见的方法是采用更高的工作频率。

由于调制带宽和工作频率之间存在一定的相关性，提高工作频率可以增加调制带宽。

另外，改进器件结构和材料特性也是提高调制带宽的重要途径。

半导体激光器件中的调制与调谐技术研究激光器是一种产生高强度、高单色性、高相干性光束的装置。

它在许多领域中都有广泛的应用，包括通信、医疗、材料加工等。

在半导体激光器件中，调制与调谐技术是提高激光器性能和应用的关键。

半导体激光器件的调制技术主要是指通过改变激光器的输出光强或相位来传输信息。

光强调制是最常见和广泛应用的技术之一。

它使用电信号来调制激光器的输出光强，从而实现数字信号的传输。

常见的光强调制技术包括直接调制、外差调制和间歇调制。

直接调制是一种简单且经济的调制技术，它直接在激光器的注入电流中传输数字信号。

通过改变注入电流的大小和时间来调制激光器的输出光强。

直接调制的优点是简单、快速，并且能够支持高速传输。

然而，它也存在一些缺点，如带宽限制、调制深度受限等。

外差调制是一种常见的调制技术，它通过将激光器的输出光强与一个调制信号混合来实现调制。

外差调制可以提供较高的调制深度和较宽的调制带宽，因此在高速通信和光纤通信中得到广泛应用。

然而，外差调制也存在一些问题，如非线性失真、功耗较高等。

间歇调制是一种将激光器的输出光强在时间上进行调节的技术。

它通过在激光器中引入一个电开关来控制激光器的开关状态，从而实现调制。

间歇调制的优点是具有高调制深度和较宽的调制带宽，同时也能够实现低功耗和快速响应时间。

然而，间歇调制也存在一些问题，如调制速率受限、非线性失真等。

除了调制技术，调谐技术是半导体激光器件中另一个重要的研究方向。

调谐技术主要是指通过改变激光器的工作参数来实现光频的调谐。

在通信系统中，光频调谐技术能够实现波长选择和多路复用。

常见的调谐技术包括温度调谐、注入电流调谐和光注入调谐。

温度调谐是一种常见且简单的调谐技术，它通过改变激光器的工作温度来实现光频的调谐。

通过控制温度变化来改变激光器的光频输出。

温度调谐可以实现较大范围的频率调谐，但调谐速度较慢，调谐精度受限。

注入电流调谐是一种通过改变激光器的注入电流来调谐光频的技术。

半导体激光器件中的光互补性与调制线性度分析在半导体激光器件中，光互补性和调制线性度是两个至关重要的指标，对于激光器件的性能和应用具有重要影响。

本文将对这两个指标进行深入分析，并探讨其在半导体激光器件中的作用。

光互补性是指当一个光源的输出光强发生变化时，另一个光源的输出光强相应地发生相反的变化。

在半导体激光器件中，光互补性的实现可以通过调制电流来实现。

调制电流的变化会导致激光器的发光强度发生变化，而通过适当的设计和控制，可以实现输出光强的互补变化。

光互补性在半导体激光器件中的重要性体现在以下几个方面。

首先，光互补性可以实现传输距离的延长。

在光通信系统中，传输距离是一个重要的性能指标。

由于光互补性可以实现输出光强的互补变化，可以有效地抵消传输过程中的信号衰减，从而延长传输距离。

其次，光互补性可以提高光纤通信系统的容量。

在光纤通信系统中，信号的调制和解调是实现高速数据传输的关键步骤。

通过实现光互补性，可以减少信号调制和解调过程中的非线性失真，提高信号传输的可靠性和容量。

此外，光互补性还可以提高光通信系统的性能稳定性。

光互补性可以减少外界环境的影响，如温度变化和光源的波长漂移等因素。

通过实现光互补性，可以使系统在不同环境条件下保持稳定的性能表现。

在半导体激光器件中，调制线性度是另一个重要的性能指标。

调制线性度是指当调制电流发生变化时，激光器输出的光强变化的程度。

调制线性度的高低直接影响激光器的调制速度和传输质量。

调制线性度的分析可以从两个方面考虑。

首先，可以从激光器器件自身的特性来分析。

激光器器件的调制线性度受到其内部结构和材料特性的影响。

例如，器件的光波导结构的设计和优化可以提高调制线性度。

此外，材料的特性，如阻尼和载流子寿命等也会对调制线性度产生影响。

其次，可以从电路设计的角度来分析调制线性度。

电路设计中的输入输出特性和反馈控制等因素都会对调制线性度产生影响。

在电路设计过程中，可以采用预加重技术、反馈控制等手段来提高调制线性度。

标题：论寄生参数对MOS场效应管性能的影响引言：MOS场效应管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，简称MOSFET）是现代电子器件中最重要的组成部分之一。

寄生参数是指在MOSFET的实际工作中产生的非理想效应，会对其性能造成不可忽视的影响。

本文旨在深入探讨寄生参数对MOSFET性能的影响，并提出相应的改进措施。

一、导言1.1 MOSFET基本原理1.2 寄生参数的概念与分类1.3 研究目的和意义二、主要寄生参数及其影响2.1 漏源极电容（Cgd、Cgs、Cds）2.1.1 Cgd寄生参数的影响2.1.2 Cgs寄生参数的影响2.1.3 Cds寄生参数的影响2.2 漏源极电阻（Rds）2.2.1 Rds寄生参数的影响2.2.2 降低Rds的方法2.3 栅源电容（Cgs）2.3.1 Cgs寄生参数的影响2.3.2 降低Cgs的方法2.4 漏极电流（Idss）2.4.1 Idss寄生参数的影响2.4.2 控制漏极电流的方法三、寄生参数改进措施3.1 材料选择与工艺优化3.1.1 基底材料选择3.1.2 栅极材料选择3.1.3 工艺优化3.2 设计优化与结构改良3.2.1 寄生参数模型建立3.2.2 设计优化方法3.2.3 结构改良方法四、实例分析与应用展望4.1 实例分析：不同寄生参数对MOSFET性能的影响比较4.2 应用展望：基于寄生参数改进的新型MOSFET设计五、总结通过对MOSFET的主要寄生参数进行分析，我们可以清晰地认识到这些参数对器件性能的重要影响。

在今后的研究和应用中，我们需要注重材料选择、工艺优化以及设计结构改良等方面，以降低寄生参数对MOSFET性能的不利影响，并推动新型MOSFET的发展。

参考文献：[1] R. J. Baker, H. W. Li, and D. E. Boyce, "CMOS Circuit Design, Layout, and Simulation," 3rd ed., Wiley, 2010.[2] J. R. Brews, "Physics of Semiconductor Devices," Springer, 2007.[3] C. Hu, "Modern Semiconductor Devices for Integrated Circuits," Pearson Education, 2009.（以上为大致提纲，实际撰写时可根据需要进行调整和扩展。

半导体激光器的调制特性实现目的：1, 内置四套方波信号或者外加信号直接调制激光器，通过调整不同的静态工作点，和输入信号强度大小不同，观察到截至区，线性区，限流区的信号不同响应（信号畸变，线性无畸变），了解调制工作原理。

2, 测量激光器的调制带宽。

实验原理 激光具有极好的时间相干性和空间相干性，它与无线电波相似，易于调制，且光波的频率极高，能传递信息的容量很大。

加之激光束发散角小，光能高度集中，既能传输较远距离，又易于保密。

因而为光信息传递提供了一种理想的光源。

我们把欲传输的信息加载于激光副射的过程称为激光调制，把完成这一过程的装置称为激光调制器，由已调制的激光辐射中还原出所加载信息的过程则称为解调。

由于激光起到“携带”信息的作用，所以称其为载波。

通常将欲传递的信息称为调制信号。

被调制的激光称为已调波或调制光。

激光调制与无线电波调制相类似，激光振荡的瞬时电场也可表示为： e(t)=Acos(wt+?) 式中A 为激光振荡的复振幅，w 为调制的角频率，?为调制的相位角。

模拟激光调制可分为调幅、调频和调相等类型。

按载波的振荡输出方式不同又可分为连续调制、脉冲调制和脉冲编码调制等。

脉冲调制主要分为脉冲调幅（PAM ）、脉冲强度调制（PIM ）、脉冲调频（PFM ）、脉冲调位（PPM ）及脉冲调宽（PWM ）等类型。

脉冲编码调制（PCM ）是先将连续的模拟信号通过抽样、量化和编码，转换成一组二进制脉冲代码，用幅度和宽度相等的矩形脉冲的有、无来表示，再将这一系列反映数字信号规律的电脉冲加在一个调制器上以控制激光的输出。

这种调制形式也称为数字强度调制（PCM ／IM ）。

激光调制分为内调制和外调制两类。

间接调制是指加载调制信号在激光形成以后进行的，即调制器置于激光谐振腔外，在调制器上加调制信号电压，使调制器的某些物理特性发生相的变化，当激光通过它时即得到调制。

所以外调制不是改变激光器参数，而是改变已经输出的激光的参数（强度、频率等）。

半导体激光器输出特性的影响因素半导体激光器是一类非常重要的激光器，在光通信、光存储等很多领域都有广泛的应用。

下面我将探讨半导体激光器的波长、光谱、光功率、激光束的空间分布等四个方面的输出特性，并分析影响这些输出特性的主要因素。

1． 波长半导体激光器的发射波长是由导带的电子跃迁到价带时所释放出的能量决定的，这个能量近似等于禁带宽度Eg(eV)。

hf = Eg f (Hz)和λ(μm)分别为发射光的频率和波长且c=3×108m/s ， h=6.628×10−34 J ·s ，leV=1.60×10−19 J得决定半导体激光器输出光波长的主要因素是半导体材料和温度。

不同半导体材料有不同的禁带宽度Eg ，因而有不同的发射波长λ：GaAlAs-GaAs 材料适用于0.85 μm 波段， InGaAsP-InP 材料适用于1.3~1.55 μm 波段。

温度的升高会使半导体的禁带宽度变小，导致波长变大。

2． 光功率半导体激光器的输出光功率其中I 为激光器的驱动电流，P th 为激光器的阈值功率；I th 为激光器的阈值电流；ηd 为外微分量子效率；hf 为光子能量；e 为电子电荷。

hf 、e 为常数，Pth 很小可忽略。

由此可知，输出光功率主要取决于驱动电流I 、阈值电流I th 以及外微分量子效率ηd 。

驱动电流是可随意调节的，因此这里主要讨论后两者。

除此之外，温度也是影响光功率的重要因素。

1）阈值电流半导体激光器的输出光功率通常用P-I 曲线表示。

当外加正向电流达到某一数值时，输出光功率急剧增加，这时将产生激光振荡，这个电流称为阈值电流，用I th 表示。

当激励电流I< I th 时，有源区无法达到粒子数反转，也无法达到谐振条件，以自发辐射为主，输出功率很小，发出的是荧光；当激励电流I> I th 时，有源区不仅有粒子数反转，而且达到了谐振条件，受激辐射为主，输出功率急剧增加，发出的是激光，此时P-I 曲线是线性变化的。

MOS管寄生参数的影响和其驱动电路要点我们在应用MOS管和设计MOS管驱动的时候，有很多寄生参数，其中最影响MOS管开关性能的是源边感抗。

寄生的源边感抗主要有两种来源，第一个就是晶圆DIE和封装之间的Bonding线的感抗，另外一个就是源边引脚到地的PCB走线的感抗（地是作为驱动电路的旁路电容和电源网络滤波网的返回路径）。

在某些情况下，加入测量电流的小电阻也可能产生额外的感抗。

我们分析一下源边感抗带来的影响：1.使得MOS管的开启延迟和关断延迟增加由于存在源边电感，在开启和关段初期，电流的变化被拽了，使得充电和放电的时间变长了。

同时源感抗和等效输入电容之间会发生谐振（这个谐振是由于驱动电压的快速变压形成的，也是我们在G端看到震荡尖峰的原因），我们加入的门电阻Rg和内部的栅极电阻Rm都会抑制这个震荡（震荡的Q值非常高）。

我们需要加入的优化电阻的值可以通过上述的公式选取，如果电阻过大则会引起G端电压的过冲（优点是加快了开启的过程），电阻过小则会使得开启过程变得很慢，加大了开启的时间（虽然G端电压会被抑制）。

园感抗另外一个影响是阻碍Id的变化，当开启的时候，初始时di/dt偏大，因此在原感抗上产生了较大压降，从而使得源点点位抬高，使得Vg电压大部分加在电感上面，因此使得G点的电压变化减小，进而形成了一种平衡（负反馈系统）。

另外一个重要的寄生参数是漏极的感抗，主要是有内部的封装电感以及连接的电感所组成。

在开启状态的时候Ld起到了很好的作用（Subber吸收的作用），开启的时候由于Ld的作用，有效的限制了di/dt/（同时减少了开启的功耗）。

在关断的时候，由于Ld的作用，Vds电压形成明显的下冲（负压）并显著的增加了关断时候的功耗。

下面谈一下驱动（直连或耦合的）的一些重要特性和典型环节：直连电路最大挑战是优化布局实际上驱动器和MOS管一般离开很远，因此在源级到返回路径的环路上存在很大的感抗，即使我们考虑使用地平面，那么我们仍旧需要一段很粗的PCB线连接源级和地平面。