CMOS14THz155Mbs光接收机差分跨阻前置放大器_田俊

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光二极管差分跨阻放大器_概述及解释说明

光二极管差分跨阻放大器概述及解释说明1. 引言1.1 概述光二极管差分跨阻放大器是一种广泛应用于电子学领域的放大器。

该器件利用光二极管的特性实现信号的差分输入和放大，通过跨阻网络进行信号传递和放大。

这种放大器具有高增益、低噪声以及较高的线性度等优点，在许多领域中得到广泛应用。

本文将详细介绍光二极管差分跨阻放大器的原理、工作原理、设计要点和参数选择以及实验验证与结果分析等内容。

通过对该放大器的深入研究，我们可以更好地了解其特性和应用场景，并为进一步研究和改进提供参考。

1.2 文章结构本文共分为五个部分，各部分内容安排如下：第一部分为引言，主要介绍光二极管差分跨阻放大器的概述、文章结构以及研究目的。

第二部分将详细介绍光二极管差分跨阻放大器的原理和工作原理。

通过对其内部电路结构和信号处理机制的解释，帮助读者全面了解该放大器的工作方式。

第三部分将重点介绍设计要点和参数选择。

包括光二极管的选择和特性考虑，差分放大器的设计要点与电路配置选择，以及跨阻网络设计与参数计算方法等内容。

第四部分将进行实验验证与结果分析。

主要介绍实验设备和操作步骤，并收集并分析实验结果数据。

通过对结果进行验证和讨论，可以更加客观地评估该放大器的性能表现。

最后一部分为结论与展望，总结全文并对未来研究方向进行展望。

同时也描述研究中存在的局限性和改进建议，以期为该放大器的进一步应用和改进提供指导。

1.3 目的本文旨在对光二极管差分跨阻放大器进行全面解读和说明。

通过详细介绍其原理、工作原理、设计要点和参数选择以及实验验证与结果分析等方面内容，旨在帮助读者深入了解该放大器的工作机制、性能特点以及应用场景。

另外，本文也可为相关领域的研究者提供参考，并对未来研究方向提出展望和建议。

2. 光二极管差分跨阻放大器:2.1 原理介绍:光二极管差分跨阻放大器是一种利用光二极管的特性进行信号放大的电路。

光二极管是一种将光信号转换为电信号的装置，它利用反向偏置电压使得在正常工作模式下，当有光照射到光二极管上时，会产生正向电流。

12_10Gb_sCMOS并行光接收机前置放大器阵列设计

图 6 版图的后仿真输出眼图
条支路上的信号和噪声都会对其它支路造成干扰，严重影响了单路前置放大器电路的性能。因此在版图设计时必须重点考虑如何最大限度削弱并行通路间的串扰。
在 CMOS 工艺中，所有器件的硅衬底是共用的，这意味着器件中产生的噪声可以通过此公共通路对其它器件产生影响。此问题在并行前置放大器阵列电路中表现得尤为严重。在电路输入端，信号十分微弱，很容易被其它通路产生的噪声所干扰，降低电路的灵敏度；而在输出端，信号幅度较大，使得相邻通路间的串扰加剧。针对串扰主要通过公共衬底传播的特点，本设计采用 P+注入区（P+ implant）、N+注入区（N+ implant）、N 阱（N-Well）和深 N 阱（DNW）[6]将每一条通路包围的方式，实现通路间的干扰隔离，如图 5 所示。
构成。其作用是为后级负载电路提供足够的驱动能
力，但会牺牲一部分放大器增益。为了达到所需要的
输出信号幅度，将输出缓冲级的负载电阻从 50Ω 提高
到 100Ω，一方面仍然能够实现较好的阻抗匹配，另一
方面可以减小尾电流源的电流，从而节省了功耗。这
部分电路结构如图 4 所示。
2 版图设计与后仿真结果
2.1 前置放大器阵列电路串扰的抑制前置放大器阵列电路拥有众多的交叉连接、较宽
的带宽、较高的增益和非常窄的支路宽度（250μm ），每
图 1 跨阻放大器电路基本结构
图 2 改进后的跨阻放大器结构
⑥
2009 年第 8 期
图 3 单端转双端电路和差分放大电路结构图 4 输出缓冲电路结构
(a) 俯视图
(b) 剖视图图 5 衬底串扰隔离结构

155Mbps速率级0.5μm CMOS限幅放大器(英文)

155Mbps速率级0.5μm CMOS限幅放大器(英文)
焦阳;王志功;王蓉;管志强
【期刊名称】《半导体学报：英文版》
【年(卷),期】2007(28)2
【摘要】描述了用于SDH光纤通信STM-1速率级光接收机主放大器的
155Mbps限幅放大器．该电路采用CSMC0.5μm CMOS工艺实现，供电电压为3．3V，功耗为198mW．核心电路包含6级级联的传统差分放大器，一个输出缓冲和一个直流失调补偿反馈环路．通过调整片外电阻Rset，小信号增益在44～
74dB范围内可调．芯片封装后测试得到的输入动态范围为54dB（Rset=50Ω），单端输出摆幅为950mV，在高达400Mbps伪随机码输入时，所得眼图仍然令人满意。

【总页数】6页(P176-181)
【关键词】光通信;限幅放大器;CMOS工艺;同步数字序列
【作者】焦阳;王志功;王蓉;管志强
【作者单位】东南大学射频与光电集成电路研究所;江苏新智光电有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TN402
【相关文献】
1.2.5Gb/s和3.125Gb/s速率级0.35μmCMOS限幅放大器 [J], 胡艳;王志功;冯军;陶蕤
2.SDH系统STM-16速率级CMOS注入同步环形振荡器(英文) [J], 刘丽;王志功;林其松;熊明珍;章丽
3.5Gb/s 0.25μm CMOS限幅放大器(英文) [J], 胡艳;王志功;冯军;熊明珍
4.光接收机用0·5mV高灵敏度带有接收信号强度指示的200Mbps CMOS限幅放大器(英文) [J], 王蓉;王志功;徐建;管志强
5.SDH系统STM-16速率级CMOS限幅放大器 [J], 陶蕤;王志功;刘军;陈海涛因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

155Mbs和622Mbs光收发和一模块技术条件

M33ＹＤ／Ｔ　９８６－１９９８　１９９８－１２－０７发布１９９９－０６－０１实施　中华人民共和国信息产业部发布中华人民共和国通信行业标准１５５Ｍｂ／ｓ　和　６２２Ｍｂ／ｓ光收发合一模块技术条件　155Mb/s and 622Mb/s Technical conditions optical transceiver module（）　１５５Ｍｂ／ｓ和６２２Ｍｂ／ｓ光收发合一模块技术条件　155Mb/s and 622Mb/s Technical conditions of optical transceiver module ＹＤ／Ｔ　９８６－１９９８　目次前言 (II)1 范围 (1)2 引用标准 (1)3 术语和符号 (1)4 光收发合一模块技术要求 (2)5 光收发合一模块的测试方法 (4)6 检验和试验 (7)7 其他 (7)附录A （标准的附录) 光收发合一模块的外形尺寸和管脚排列 (10)ＹＤ／Ｔ　９８６－１９９８　前言本标准参照国际电信联盟标准ＩＴＵ－Ｔ　Ｇ．９５７与同步数字体系有关的设备和系统的光接口１９９４国际电工委员会标准ＩＥＣ－７４７－５分立半导体器件和集成电路－光电子器件　本标准规定了１５５Ｍｂ／ｓ和６２２Ｍｂ／ｓ光收发合一模块的技术条件测试方法本标准由邮电部电信科学研究规划院提出并归口本标准主要起草人中华人民共和国通信行业标准１　范围　本标准规定了155Mb/s 和622Mb/s 光收发合一模块的技术条件测试方法本标准适用于155Mb/s 和622Mb/s 光收发合一模块的设计检验及使用通过在本标准中引用而构成为本标准的条文所示版本均为有效使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性１９９７同步数字体系光缆线路系统测试方法　YD/T 7011993光接收组件测试方法　ITU-T G.825 基于同步数字体系的数字网络中抖动和漂移的控制 ITU-T G.957 与同步数字体系有关的设备和系统的光接口 ITU-T G.958 基于同步数字体系的光缆数字线路系统 IEC-747-5 分立半导体器件和集成电路-光电子器件　MIL-STD-883 微电子器件试验方法和程序 Bellcore FR-NWT-000796 光纤传输系统可靠性保证的一般要求 Bellcore TA-NWT-000983 环路用光电器件的可靠性保证惯例 Bellcore TR-NWT-000253 SONET 传输系统３　术语和符号　３．１　术语３．１．１　工作波长根据光纤通信系统设计考虑的模式噪声即为特定应用场合和传输速率下的系统工作波长范围工作波长指要求光发送部分光源的发射光波长及其范围工作波长指光探测器件的响应波长范围对于光发送部分是可接收输入电调制信号的码速率３．１．３　平均发送功率光发送部分在所规定比特率的电调制信号调制下正常工作时的平均发送光功率1３．１．５　眼图模板光发送部分脉冲形状特性包括上升时间上过冲这些都必须用一个S点的发送眼图模板来进行规范为了评价这些发送信号而且还要考虑上过冲和下过冲限制３．１．６　预偏置电流光发送部分中采用激光器作光源时给激光器预先提供一个阈值电流附近的直流电流比特差错率达到1¹â½ÓÊÕ²¿·ÖËùÄÜ½ÓÊÕµÄ×îÐ¡Æ½¾ùÊäÈë¹â¹¦ÂÊ±í5³ö³§Ö¸±êÓ¦ÓÅÓÚ±íÖÐÖ¸±ê3dB±ÈÌØ²î´íÂÊ´ïµ½1¹â½ÓÊÕ²¿·Ö¿ÉÒÔ½ÓÊÕµÄ×î´óÆ½¾ùÊäÈë¹â¹¦ÂÊ¹â½ÓÊÕ²¿·ÖÓ¦¾ßÓÐÎÞ¹â¸æ¾¯ÐÅºÅÊä³ö¶Ë¹â½ÓÊÕ²¿·Ö·¢³öÎÞ¹â¸æ¾¯Ê±Ëù¶ÔÓ¦µÄÊäÈë¹â¹¦ÂÊÎªÎÞ¹â¸æ¾¯¹â¹¦ÂÊµ±¹â½ÓÊÕ²¿·ÖµÄÊäÈë¹â¹¦ÂÊÏÂ½µÖÁÎÞ¹â¸æ¾¯ÐÅºÅÊä³ö¶ËÓÉÂß¼-电平转换成逻辑电平时已经处于无光告警下的光接收部分10Ëù¶ÔÓ¦µÄÊäÈë¹â¹¦ÂÊÎªÎÞ¹â¸æ¾¯ÉÏÏÞ¹â¹¦ÂÊ３．２　符号　表 1 参数名称及符号参数名称符号单位工作波长µ÷ÖÆËÙÂÊM Mbit/s消光比EX dB预偏置电流I B mA上升时间t r ps下降时间t f ps平均发送功率P0dBm光谱宽度　nm光接收部分灵敏度S dBm光接收部分最小过载点P max dBm 无光告警上限P r dBm 光功率下限P f dBm抖动容限J TOL UI４　光收发合一模块技术要求　４．１　光收发合一模块的分类　４．１．１　按距离分类如下：　表 2 光收发合一模块按距离分类类型局内短距离中距离长距离距离(km) 15 60 ４．１．２　按管脚输出功能分类如下一路无光告警输出表3类型发射部分功能接收部分功能2R 差分数据输入激光器功率监控一路无光告警输出3R 差分数据输入激光器功率监控差分时钟输出４．２　光收发合一模块的技术要求　４．２．１　基本要求+5V或-5.2V+5V和-5.2Vb) 信号输入输出为PECL0V或-0.8Vc) 光接口为标准FC型d) 推荐外形尺寸符合标准的附录A图A2要求１３６０　１２６１１３３５　１４８０RMS40 7.7 4 -20dB谱宽nm 1158 558.2 10080应用距离局内短距离中距离长距离工作波长范围nm 12611580 12961580 光源类型MLM LED MLM SLM MLM SLM MLM SLM 输出谱宽　ｎｍ　３５　２．０ -20dB 1 1 输出平均光功率dBm 158 +2 +2 消光比dB 8.2 10 输出光眼图符合G.957和TR-NWT-000253灵敏度1)dBm 23 28 28 28 最小过载点dBm 8 8 8 8 抖动容限符合G.825注意参考接入网标准确定以下各项的技术要求出厂指标应优于表中指标3dBabc±êÇ©dÔËÊäe５　光收发合一模块的测试方法　５．１　测试条件　abcd５．２　光发送部分　由光源器件和采用集成工艺制作的相关电路构成激光器特性的工作波长-20dB谱宽对单纵模激光器而言其测试方法见YD/T 701ÆäÖÐ±íÕ÷¹âµç¶þ¼«¹ÜÌØÐÔµÄÏìÓ¦²¨³¤½áµçÈÝÏÂ½µÊ±¼äÆäPIN光电器件的测试方法见YD/T 702５．４．２　测试步骤　按照图1所示测试配置连接好测试系统b155.520Mbit/s或622.080Mbit/sÊý×ÖÐÅºÅÉè¶¨ÔÚPECL电平采用223-1的伪随机序列cÄ£¿é¹âÊä³öÎ²ÏËÓë·ûºÏG.957的光参考接收机连接d²¢°´²»Í¬±ÈÌØÂÊµÄÑÛÍ¼Ä£°åÀ´ÅÐ¶ÏÆäÊÇ·ñ·ûºÏÒªÇó±»²âÄ£¿é５．５　平均发送光功率测试　５．５．１　测试配置如图１所示按图1准备好测试系统在适配器后S点用光功率计测量光发送部分的出纤光功率５．６．２　测试步骤　按图1准备好测试系统bµ÷ÕûÊ¾²¨Æ÷»ùÏßÒÔ±ãÒ×ÓÚÅÐ¶Ï将示波器上输入通道设置为示波器显示出眼图信号　分别读取眼图上线和眼图下线的电压值V AeEX=10log(V A/V B)注能够直接测试消光比的示波器按图1准备好测试系统从示波器上直接读出消光比５．７．１　光发送部分的预偏置电流需给出被测模块光发送部分的电流电压转换系数５．７．３　测试步骤　按图1准备好测试系统bÈ»ºó¸ù¾Ý±»²âÄ£¿é¹â·¢ËÍ²¿·Ö¸ø³öµÄµçÁ÷µçÑ¹×ª»»ÏµÊý５．８　功率监测　本条款测试内容适用于具有功率监测功能的光收发合一模块该电压量在一个给定的范围内变化超过此范围时　５．８．２　测试配置如图１所示aÊ¹²âÊÔÏµÍ³½øÈëÕý³£¹¤×÷×´Ì¬用直流电压表测量光发送部分的功率监控电压检测端的直流电压值以判断光发送部分工作是否正常５．９．１　测试配置如图１所示　按图1准备好测试系统b¹Û²ìÊ¾²¨Æ÷±ä³ÉÒ»Ìõ»ùÏßc±íÃ÷Ä£¿é¹â·¢ËÍ²¿·Ö¹Ø¶Ï¹¦ÄÜÕý³£５．１０．２　测试步骤　按照图2所示测试配置连接好测试系统622.080Mb/s将传输分析仪发送部分的时b155.520Mb/s或钟频率设定在相应值或ECL NRZ码型输出输入阻抗均为50c¹â¿É±äË¥¼õÆ÷µ÷ÕûÔÚÊÊµ±Î»ÖÃ将被测光收发合一模块插入测试盒使测试系统处于正常工作状态　调节传输分析仪接收部分的相位及阈值f¼õÐ¡±»²âÄ£¿éµÄÊäÈë¹â¹¦ÂÊ10-10５．１１　过载光功率测试　５．１１．１　测试配置如图２所示aÊ¹²âÊÔÏµÍ³½øÈëÕý³£¹¤×÷×´Ì¬缓慢调节光可变衰减器直至误码率达到1cËù²âµÃÖµ¼´Îª±»²âÄ£¿é¹â½ÓÊÕ²¿·ÖµÄ¹ýÔØ¹â¹¦ÂÊ误码测试５．１２　无光告警测试　５．１２．１　测试配置如图２所示a Ê¹²âÊÔÏµÍ³½øÈëÕý³£¹¤×÷×´Ì¬将直流电压表接入被测模块光接收部分的正向无光告警信号输出端0 c Ê¹µÃ¹â½ÓÊÕ²¿·ÖµÄÊäÈë¹â¹¦ÂÊÏÂ½µ01²â³ö´ËÊ±µÄÊäÈë¹â¹¦ÂÊd µ÷½Ú¹â¿É±äË¥¼õÆ÷µ±µçÑ¹±íÖ¸Ê¾ÖµÓÉÂß¼-电平转向逻辑电平时即为无光告警上限光功率按照GB/T 16814标准第5章测试方法进行测试首先确定被检样品数６．１．２　光收发合一模块的检验方法可按照本标准中第５章所规定的测试方法进行表6 光收发合一模块试验的基本要求标题试验项目引用标准试验方法变频振动MIL-STD-883-2007.11500G 0.5ms 6方向机械完整性碰撞冲击 MIL-STD-883-200220G2000Hz 3方向5000h耐久性低温存储-402000h特殊试验抗静电阈值BellcoreTA-NWT-000983按人体模型　光收发合一模块光发送部分输出平均光功率变化超过为不合格　１５５Ｍｂ／ｓ光收发合一模块接收部分灵敏度劣化超过1dB 622Mb/s 光收发合一模块接收部分灵敏度劣化超过2dB７　其他　７．１　使用说明书　使用说明书是正确使用光收发合一模块的指南a ÐÍºÅ反映光收发合一模块性能的主要技术指标　基本的原理框图de¹Ü½Å¹¦ÄÜ使用注意事项７．２　标志运输及贮存　７．２．１　标志　光收发合一模块外表面应有标志但其内容应满足如下要求　标明光收发合一模块的制造厂家　光收发合一模块的型号cÆäÐòºÅ¿É×·ËÝ²úÆ·µÄÉú²úÈÕÆÚµÈ²ÉÓÃµ¥¼þ°ü×°»ò¶à¼þ°ü×°µ«°ü×°Ó¦Âú×ãÈçÏÂ»ù±¾ÒªÇó±êÃ÷ÓÐ²úÆ·ÌØÕ÷µÄ±êÊ¶ÐÍºÅµØÖ·²úÆ·³ö³§ÈÕÆÚ·ÀÑ¹´ëÊ©７．２．３　运输　可由生产厂以产品运输安全为目的制订可操作的规范或要求贮存温度范围应满足-25+70附录Ａ　（标准的附录）　光收发合一模块的外形尺寸和管脚排列　A1 光收发合一模块的管脚排列如图A1所示1-RXV ee2-RO4-SD6-TXVcc8-TDＮＣ－１８ 1-RXV eeＮＣ－１８ 1-RXV ee图A 光收发合一模块三种管脚排列图A1中符号的意义如下表A1所示+表A1TXVcc 发射部分正电源CLK 接收部分正向时钟输出TD 发射部分正向数据输入CLKN 接收部分反向时钟输出TDN 发射部分反向数据输入NC 空脚A2 光收发合一模块外形尺寸如图A2所示图A2 光收发合一模块两种外形尺寸图。

适用于2.5Gb／s光突发接收的高稳定性前置放大器

１、引言
由于无源光网络（ＰＯＮ）有铺设成本低、业务透具
根据Ｎｑｉ稳定判别标准．闭环系统的稳定性其实和ｙｕｓｔ开环频率特性有关『１４。在前置放大器中。跨阻抗的减小导致增益的增加，为了保持系统的稳定性．考虑适当减小开环增益。开环增益的减小可以借鉴自动增益控制原理．在开环系统内部采用相似的反馈网络来控制开环增益的变化。本文给出了两种前置放大器电路：一种是普遍采用的电
维普资讯
一冉然。邱琪（电子科技大学宽带光纤传输与通信网技术教育部重点试验室，成都６０４）１５０ ■ 一：设计了一种ＣＭＯＳ三级跨阻抗前置放大器。通过控制开环系统增益达到增加闭环系统稳定性的目的。仿真结果表明。传输速率为２５／时该前置放大器的灵敏度－５２Ｂ。动态范围２．ｄ．Ｇｂｓ２．ｄｍ６２Ｂ．相位裕度在４．度至８．度之间变化－稳定性较高。１１９９关 ■ 调：三级跨阻抗；相位裕度；灵敏度
容补偿型，另一种是开环增益补偿型，并通过分析两者的稳定性来验证后者的可操作性。
明、易于升级以及采用无源节点等优点．近年来备受关注。ＰＯＮ的网络结构由多个光网络单元（ＯＮＵ）和一个光线路终端（Ｔ）组成。在ＯＬＯＬＴ处，要求快速而准确的响应由各ＯＮＵ上传的突发信号．但是由于ＯＬＴ距各发射端的距离不同．因此传送到ＯＬＴ的突发信号的幅度和相位都差别很大传统的光接收机。光突发信号的幅度和相位都差别很大，为了不失真的接收光突发信号，接收机的跨阻抗必须能够快速的进行转换，因此在前置放大器部分引入了自动增益控制（ＡＧＣ）原理。在自动增益控制原理下。反馈网络的电阻值根据输入光信号大小进行改变。但是当跨阻抗变小时。放大器频域响应极易出现极点。使得接收机变得不稳定。通常的做法

高精度、宽带宽CMOS全差分运算放大器技术研究

高精度、宽带宽CMOS全差分运算放大器技术研究一、本文概述随着现代电子技术的飞速发展，高精度、宽带宽CMOS全差分运算放大器在诸多领域，如通信、医疗、测量和控制系统等，扮演着越来越重要的角色。

这些应用对于运算放大器的性能要求日益提高，不仅需要高精度的放大能力，还要求具备宽带宽的响应特性。

因此，研究CMOS全差分运算放大器的技术，特别是针对高精度、宽带宽的要求，具有重要的理论价值和实践意义。

本文旨在探讨高精度、宽带宽CMOS全差分运算放大器的设计技术，分析其关键性能指标，研究其电路结构和工作原理，并探讨其在实际应用中的优化策略。

我们将介绍CMOS全差分运算放大器的基本原理和关键技术指标，如增益、带宽、失真度等。

然后，我们将详细分析高精度、宽带宽CMOS全差分运算放大器的电路结构和设计方法，包括差分输入级、增益级、输出级等关键部分的设计考虑。

接着，我们将讨论在实际应用中如何优化这些关键部分，以提高运算放大器的整体性能。

我们将通过实验验证本文提出的设计方法和优化策略的有效性，为高精度、宽带宽CMOS全差分运算放大器的实际应用提供参考。

通过本文的研究，我们期望能够为高精度、宽带宽CMOS全差分运算放大器的设计提供理论支持和实践指导，推动其在相关领域的应用和发展。

二、CMOS全差分运算放大器的基本原理CMOS全差分运算放大器（Fully Differential CMOS Operational Amplifier, FDCOA）是集成电路设计中的一个关键组件，其基本原理基于差分信号处理和CMOS（互补金属氧化物半导体）技术的优势。

这种运算放大器采用差分输入和差分输出，以减小共模噪声和失真，提高信号的信噪比和线性度。

在FDCOA中，两个完全对称的输入级分别接收正、负输入信号，它们的输出通过中间级和输出级进行差分放大。

这种结构能够显著抑制偶次谐波失真和共模噪声，使得电路在宽带宽范围内具有高精度和低失真特性。

10Gb／s0.18μm CMOS光接收机前置放大器

过去，高速率的前置放大器大多数采用制造成
应用于众多多媒体网络中。近年来，．ｂｔｓ２５Ｇｉ的本高的砷化镓工艺或双极性硅工艺来实现。这些工／相ＣＳ工艺较低光纤通信系统已得到广泛应用，０Ｇｉｓ１ｂｔ速率的超艺具有费用高的缺点，比而言，ＭＯ／高速光纤通信系统正逐渐得到推广并将成为未来高
ｖｌｇｓＩ８ｖ．Ｓｍｕａｉｎｒｓｌｓｉｄｃｔ：ｔｅｔａｓｍｐｄｎｅｇｉｓ５．Ｂｔｎｈ－３ｄａｄｏｔｅｉ．ａｉｌｔｏｅｕｔｉａｅｈｒｎｉｅａｃａｎｉ９２ｄ２，ａｔｅ－Ｂｂｎ－ｎｄ
置放大器采用具有低输入阻抗、宽带宽特点的ＲＣ形式的跨阻放大器实现，Ｇ同时在电路中引人有源电感实现并联峰化技术。
以拓展前置放大器的带宽。整个电路采用１８．电压源供电。仿真结果表明：Ｖ单中频互阻增益为５．Ｂ，Ｂ带宽为９２ｄ０一３ｄ
９０．８ＧＨｚ．
ＴＳＭＣ．８ｍＯＳＴｅｈｏｏｙ０１ＣＭｃｎｌｇ．ＴｈｅＲＧＣ（ｇｌｔｄＣａｃｄ）ｏｆｕａｉｎｉｍｐｏｅｈｒａＲｅｕａｅｓｏｅｃｎｇｒｔｅｌｙｄｉｔｅｐｅｍ－ｉｏｓｎｐｉｅｅａｓｆｉｓｌＷｐｔｒｓｓａｃｎｒａａｄｄｈｕｔｅｒ，ａｓｕｔｅｋｉｇｔｃｎｑｅｉｌｉｒｂｃｕｅｏＯｉｕｅｉｔｎｅａｄｂｏｄｂｎｗｉｔ．Ｆｒｈｒｆｔｎｍｏｅｈｎａｎｅｈｉｕｐｓ

2.4Gb／s跨阻型光前置放大器CAD及验证

2.4Gb／s跨阻型光前置放大器CAD及验证
高建军;梁春广
【期刊名称】《半导体情报》
【年(卷),期】1994(031)004
【摘要】阐述了光纤通信前置放大器的设计原理，分析了光接收机中ＰＩＮ二极管和ＧａＡｓＦＥＴ器件的信号模型和噪声模型，提取了放大器用ＧａＡｓＦＥＴ器件的模型参数（包括大信号、小信号和噪声模型参数）。

利用ＰＳＰＩＣＥ程序对光前置放大器进行了模拟分析和优化设计，并实际制作了用于２．４Ｇｂ／ｓ光纤通信的ＰＩＮ－ＨＥＭＴ前置放大器。

实测结果表明放大器３ｄＢ带宽达到ＤＣ～４．４ＧＨｚ，增益为１８±１ｄＢ；加入ＰＩＮ二极管后的光接收模块的３ｄＢ带宽为ＤＣ～１．６８８ＧＨｚ，满足了２．４Ｇｂ／ｓ光纤通信的需要。

【总页数】13页(P26-38)
【作者】高建军;梁春广
【作者单位】不详;不详
【正文语种】中文
【中图分类】TN722.71
【相关文献】
1.开关电容阵列中高带宽跨阻前置放大器设计 [J], 王科;王铮;刘振安;魏微;陆卫国;Gary Varner
2.10Gb/s宽动态范围CMOS跨阻前置放大器 [J], 刘全;冯军
3.0.18μm CMOS 2.5Gb/s光接收机跨阻前置放大器的设计 [J], 周盛华;杨波;韩鹏;王志功
4.2.5 Gb/s CMOS光接收机跨阻前置放大器 [J], 陶蕤;王志功;董毅;谢世钟
5.CMOS1.4THzΩ155Mb/s光接收机差分跨阻前置放大器 [J], 田俊;王志功;梁帮立;熊明珍;施毅;郑有炓
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2.5Gb_Scmos光接收机跨阻前置放大器

我们采用通用的 Spice 程序对此电路进行了模
拟。对于 0 . 35!"m CMOS 工艺，选用 BSIM3V3 . 2， LEVER 为 49 的器件模型。其输入信号源光检测器用如图 4 所示的等效电路来代替［6］。图中 s 为 PD 的等效电流源， s为 PD 的结电容。模拟得到的跨阻幅频特性如图 5 所示。
此跨阻放大器的等效输入噪声电流功率谱函数表示如下［6，7］：
e（g ） 4!
f
2 gl
4! ! [ l
2 f
ml
（2! ）（2 gdl）2 ]
（l）
式中： f 为反馈电阻，为玻尔兹曼常数，为绝对温度，为单位电荷常量，gl为 FET 的栅极漏电流，
ml为 FET 的跨导，! 为 FET 的沟道噪声系数， gsl
图 6 前置放大器等效输入电流噪声曲线 Fig. 6 Noise curve of eguivahent input current for preamphifier
6 制造工艺
此限幅放大器利用美国南加州大学 MOSIS 工程提供的 0 . 35!"m 的单阱、双多晶硅、三层金属的 CMOS 工艺实现。其显微放大照片如图 7 所示，芯片面积为 l.0!mm X l . l!mm。芯片中部的有源区面积只占整个芯片面积的 l / 6，其余面积为片上电容和焊盘。
（1 . 东南大学射频与光电集成电路研究所，江苏南京 210096；2 . 清华大学电子工程系，北京 100084）
摘要：给出了一种利用 0 . 35!!m CMOS 工艺实现的 2 . 5!Gb / s 跨阻前置放大器。此跨阻放大器的增益为 59 dB·"，3!dB 带宽为 2!GHz，2!GHz 处的等效输入电流噪声为 0. 8 X 10 - 22 A2 /

(完整word版)各网络下光模块标准标准

FIBER标准应用STM-1 STM-4 STM-16速率155.52Mb/s 622.08Mb/s 2.48832Gb/s 适用于SDH应用的类型及代码STM-1光接口参数标准STM-4光接口参数标准STM-16光接口参数标准眼图模板（ITU-T G.957模板）模块：STM-1 & STM-41.光发送模块技术要求项目单位技术要求标称比特率kb/s155520（STM-1） & 622080(STM-4)局内信息局间通信短距离长距离光源类型LED,MLM MLM.SLM MLM,SLM工作波长范围nm 1260～1360 1260～1580 1280～1580 输出平均光功率dBm -15～-8 -5～2 消光比dB8.2 102.光接收模块技术要求当光接收模块具有时钟提取功能时，光接收模块的技术要求应增加以下项目。

传输特性参数表STM-16光发送模块技术要求光接受模块技术要求为了实现SDH光通信网的同步和减少误码，光通信网的定时抖动必须满足规定指标要求G.707和G.958规定了2.488320 Gbit/s等级光接口的抖动要求APON & BPONODN的物理媒介从属层的参数155 Mbit/s下行方向光接口参数注 1 —“在 Oru和 Ord 以及 Olu 和 Old点 ODN 的最小 ORL”的值在附录 I /G.983.1所述的任选情况应大于 20 dB。

注 2 —对于“在 Oru和 Ord以及 Olu和 Old点 ODN 的最小 ORL”之值为 20 dB 的情况，ONU 发送器的反射值如附录II/G.983.1所述。

注 1 —“在 Oru和 Ord 以及 Olu 和 Old点 ODN 的最小 ORL”的值在附录 I/G.983.1 所述的任选情况应大于 20 dB。

注 2 —对于“在 Oru和 Ord以及 Olu和 Old点 ODN 的最小 ORL”之值为 20 dB 的情况，ONU 发送器的反射值如附录 II /G.983.1所述。

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低的截止频率 ,通常电容很大 ,一般到 n F量级 ,不
利于单片集成 .
单端跨阻放大器的拓扑结构如图 1所示 ,其中
光检测器用电流源 Is 等效 . MO S管 Ms 和负载电阻
Rd 构成共源放大器 ,提供主要增益 . M O S管 Msf和
电阻 Rs 构成源级跟随器 ,起阻抗匹配和电平位移的
作用 . 电阻 Rf 用来形成并联负反馈 . 不考虑信号源
度函数为:
Seq ( f ) =
4k R
T
f
+
2qIg 1 +
4k g
TV[
m1
1
R
2 f
+
2πf ( Cgs1 + Cgd1 ) ]2
( 4)
式中 Ig1为放大管 Ms 的栅极漏电流 ; Cgs1和 Cgd1为
Ms 的栅源、栅漏电容 ; V为 MO S管的沟道噪声系
数; k 为波尔兹曼常数; T 为绝对温度; q 为单位电
相对于近期实现的采用非标准 InGa P / Ga As HB T工艺和骨干网速率相适应的前置放大器 [3 ] ,本文采用 CSM C 0. 6μm CMO S工艺实现的面向光纤用户网的低成本前置放大器 ,应用前景更广 .
2 电路设计
跨阻放大器 ( T IA)具有增益稳定、动态范围大、频带宽和不需要均衡电路等优点 [ 4] ,因此采用跨阻结构的前置放大器被广泛用于高速传输系统 .
1 引言
光纤用户网是解决骨干网与终端用户之间信息的高速传输与交换问题的有效途径 .随着光接入网的发展 ,终端用户对高性能、低成本的光接收机产生了极大的需求 .
前置放大器是光接收机前端电路中的关键部分 ,决定着整个光接收机的灵敏度 ,其作用是将来自光电检测器的微弱电流信号转换成电压信号并预放大 . 它必须满足低噪声、高增益、宽带、大动态范围和良好的闭环稳定性的要求 . 这些指标通常是矛盾的 , 在设计中必须进行折中 [1 ] .
故只有减小放大器的输入电阻来增加带宽 . 但通过
减小反馈电阻 Байду номын сангаасf 来减小输入电阻 ,会使电路的增益
降低、热噪声电流增大 ,从而降低前置放大器的灵敏度.
图 2 光检测器的简化模型 Fig. 2 Simplified model of the photo detec tor
单端跨阻放大器的等效输入电流噪声功率谱密
3. 2 仿真结果
采用 BSIM3V 3, L EV ER49 的器件模型和 Sma rt Spice对电路进行了仿真 . 模拟得到的跨阻放大器的幅频特性如图 5( a)所示 ,其中光检测器的寄
图 5 差分跨阻放大器的幅频特性 ( a)和等效输入电流噪声谱 ( b) Fig . 5 Frequency respo nse ( a) and equiva lent input no ise spec trum ( b) of the differ ential T IA
3. 3 测试结果
采用 ADV AN T EST D3186信号发生器和 Agilent 86100A示波器 ,在 CASC ADE的探针台上对芯片进行了在片测试 .在 5V电源电压下 ,电路总功
11期
田俊等: CM O S 1. 4 T HzΨ 155M b /s光接收机差分跨阻前置放大器
1 489
耗为 63. 5mW ,其中核心电路功耗仅为 22mW. 进行在片电学测试时 ,可将光检测器的电流源
模型通过戴维南变换等效为电压源 ,对电路输入电压信号 . 图 6为输入数据速率为 155M b /s时 ,差分跨阻放大器的单端输出电压眼图 . 电压输出幅度为 25. 71mV,抖动为 20ps. 并且放大器的输出眼图眼角清晰 ,张开度大、噪声小、码间干扰和波形畸变小、抖动性能好 .
第 25卷第 11期 2004年 11月
半导体学报
CHIN ESE JO U RN A L O F SEM ICON D U CT O RS
V ol. 25, No . 11 N ov . , 2004
CMOS 1. 4THzΨ 155Mb /s光接收机差分跨阻前置放大器*
田俊 1, 2 王志功 1 梁帮立 1 熊明珍 1 施毅 2 郑有火斗 2
结果表明 ,前置放大器在 5V 电源电压下增益 -带宽积可达 1. 4T HzΨ,等效输入电流噪声为 1. 81pA / Hz,可稳定工作在 155M b /s( ST M -1)的速率上 .
关键词: 跨阻前置放大器 ; 差分结构 ; 高增益 -带宽积 ; 低噪声 ; 低成本 EEACC: 1220 中图分类号: TN 722 文献标识码: A 文章编号: 0253-4177( 2004) 11-1486-05
2. 1 单端形式的跨阻放大器
跨阻放大器一般采用单端形式 [ 3] ,这样功耗较小 ,但由于易受电源波动和寄生反馈通路的干扰 ,使其高频噪声性能变差 ,且单端电路在和它后面的差
* 国家自然科学基金资助项目 (批准号: 69825101和 60225014)
田俊男 , 1976年出生 ,博士研究生 ,主要研究方向是模拟集成电路设计、光纤通信系统 A SIC设计 . 王志功男 , 1954年出生 ,教授 ,主要研究领域包括 CM O S和砷化镓工艺的超高速、微波和毫米波集成电路、光电集成电路、射频集成电路设
荷 ; f 是频率 . 式中第一项表示反馈电阻 Rf 的热噪
声 ,第二项为 Ms 的栅极漏电流引起的散粒噪声 ,第三项为 Ms 的沟道热噪声 . 从 ( 4)式可知 ,增大 Rf 和 gm1 , 减小 Ms 的栅极漏电流 Ig1、栅源和栅漏电容
Cgs1 , Cgd1 , 可以减小跨阻放大器的等效输入电流噪声 .但低噪声和宽带二者之间必须进行折中处理 .
图 4 差分跨阻放大器的芯片照片 Fig. 4 M icrog r aph o f the differentia l T I A
生电容取 0. 32pF. 由图 5( a)可见 ,该前置放大器在 5V 电源电压
下的低频跨阻增益为 80. 8dBΨ, 3dB 带宽为 127M Hz(满足 3dB带宽约为 0. 7～ 1倍比特速率的要求 ) ,可工作在 155M b /s的数据速率上 . 前置放大器的等效输入电流噪声功率谱密度函数 Seq ( f )曲线如图 5( b)所示 , 在速率为 155Mb /s时的等效输入电流噪声为 3. 27× 10- 24 A2 / Hz, 即 1. 81pA / Hz, 满足系统对噪声性能的要求 .
常接近 .
表 2 关键参数的仿真和测试结果比较 T able 2 Co mpariso n betw een simula ted a nd measur ed
v alues o f key pa rame ters
内阻时整个电路的闭环跨阻增益为:
Arf
- gm1 Rf Rd 1+ gm1 Rd
( 1)
其中 gm1为 Ms 的跨导 .由 ( 1)式可知 ,要提高放大
器的跨阻增益就必须增大 gm1和 Rf .
图 1 单端跨阻放大器 Fig. 1 Sing le-ended T IA
计算跨阻放大器的幅频特性时 ,光检测器可用
( 1 东南大学射频与光电集成电路研究所 , 南京 210096) ( 2 南京大学物理系 , 南京 210093)
摘要: 采用本土 CSM C 0. 6μm 标准 CM O S技术设计实现了一种用于光纤用户网的 CM O S跨阻前置放大器 .电路采用差分结构以提高共模抑制比 ,减小高频下电源波动和寄生反馈通路的干扰 ,抑制衬底耦合噪声和温漂 ,从而有效抑制前置放大器的噪声 .同时前置放大器为双端输出 ,易与后面差分结构的主放大器级联 ,无需单端 -双端转换电路和片外元件 ,电路结构更为简单 ,实现了单片集成 .电路采用单级放大结构 ,比通常的多级电路更为稳定 .测试
跨阻放大器的带宽 f - 3dB可表示为:
f - 3dB =
A+ 1 2πRfCt
( 3)
由 ( 3)式可知 ,总的输入电容 C t 和跨阻放大器的等
效输入电阻 Rif = Rf /( 1+ A )是影响放大器带宽的主
要因素 ,可通过减小它们来拓展带宽 . 但放大器的输
入电容主要取决于光检测器的寄生电容 ,难以降低 ,
文献 [ 7 ]中的差分结构是通过对单端跨阻放大
14 88
半导体学报
2 5卷
器的完全复制来实现的 .这种方法利用了一些差动电路的优点 ,如高的电源噪声抑制、更大的输出摆幅等 ,但是受共模直流电平和共模干扰的影响比较大 . 而且其跨阻放大器采用了三级放大级 ,大大增加了电路功耗和芯片面积 . 将单端形式转化成差分结构时 ,重要的是使器件的偏置电路受共模电平的影响尽可能小 ,即使用基本差分对 [6 ] .
相对三极管而言 , MO S管的跨导较小 ,因此当 T IA为单端输入的结构时 ,为获得足够大的开环增益和整个电路的负反馈 ,通常采用三级级联的形式 [7 ] ,这样会引入三个二阶极点和额外的相移 ,因此稳定性差 . 如采用差分结构则只需一级放大级就可以获得整个电路的负反馈 ,且更为稳定 .
图 3 差分跨阻放大器 Fig. 3 Differentia l T I A
3 芯片验证
3. 1 制造工艺
采用 0. 6μm CM OS工艺参数完成了差分结构跨阻放大器电路的设计和仿真 ,基于我国自行研发的“九天” EDA系统完成了版图设计 ,通过上海集成电路设计研究中心的 M PW 计划在华润上华进行了芯片制造 .图 4为芯片的显微照片 ,电路总面积为 0. 42m m× 0. 4m m,其中核心电路面积仅占 1 /6.