为消除信号的传输速率与处理速度之间的差异,在光互连结构中,并行低速电信号与高速串行电信号之间的转换通过SerDes(Serializer/Deserializer)电路完成,高速串行电信号在芯片与板端之间传输,然后在板端通过光发送器转换为高速串行光信号实现板间的远距离传输。在该方式中,能量主要消耗于SerDes和光发送器内的放大器电路部分。以目前传输速率为28Gbps的系统为例,光信号转换为电信号和电信号转换为光信号部分的能量消耗仅为7.2pj/b,而SerDes部分的能量消耗却高达29pj/b。除功耗外,传输速率也限制了基于光SerDes的光收发器的继续发展。高速串行电信号在板上的传输距离随传输速率的增长而减短,在板间传输数英尺就需要信号重载和重定时,在光信号具有很高传输速率潜力的背景下,SerDes电路的存在无疑限制了光收发器的整体传输速率提升。基于硅基光子光电混合集成工艺的发展和飞秒脉冲队列技术的成熟,一种光电混合流片的实现低速并行电信号与高速串行光信号之间直接转换的解决方案得以提出:利用时分复用技术,通过高速切换的光开关和精确控制的光波导延迟线在光路上实现串并转换,光学器件以并行的低频信号与调制/解调电路对接,巧妙的避免带编码的高速电信号出现,使得调制解调电路可以在低速状态下工作。基于光SerDes的光收发器结构对于驱动、放大电路的要求有别于传统光收发器中的驱动、放大电路。本文针对由20路2Gbps信号构成的40Gbps基于光SerDes的光收发器进行了放大、驱动电路的设计。所用工具为数学软件Matlab和电路模拟程序HSPICE,工艺库为SMIC 0.13um CMOS工艺。其中放大电路兼具对于输入长周期窄脉冲信号的放大与整形功能。前置跨阻放大器采用带有源负反馈的TIA结构,主放大器选用结构简单的限幅放大器,设计带宽为1.58GHz,输出信号幅度为400mv,不仅满足对于信号的整形放大要求,又能满足传输速率的要求。驱动电路为面向光开关的单片集成电路,要求能产生ps级窄脉冲光信号。本文在CMOS工艺下设计驱动电路,其具有相位控制精确,可集成性好和适用性广泛的优点。设计中巧妙的利用差分输出的方式产生推挽式高斯脉冲,简化了电路设计。其在光开关上产生脉冲宽度窄至25ps。驱动电路可工作于1.2v~2.5v的宽电源电压范围以及1GHz~4GHz宽时钟频率范围,可方便地移植于不同制程的CMOS工艺平台。基于光SerDes的光互连技术在未来具有很好的发展前景与应用潜力。本次研究为将来更高速率的系统以及更高工艺平台的集成设计积累了一些宝贵经验。