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随着人类进入21世纪,信息交换量日益增长,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。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具有重大意义。
光发射芯片与光接收芯片是光纤通信系统用集成电路芯片的主要部分,而光发射芯片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,从而去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。
本次论文主要是对基于JAZZ公司0.35μm SiGe BiCMOS工艺(下文简称0.35μm BiCMOS工艺)的10Gb/s激光驱动器的设计进行研究,设计的难点在于激光驱动器大的输出电流要求输出级差分管尺寸很大,带来的自身的大电容将严重限制电路的工作速度。另外大输出电流产生的高电压摆幅对于输出管的的承受能力是个很大的考验。由于本次设计所采用的工艺器件的特征频率越高,相应的反向击穿电压BVceo会越小,两者之间足矛盾的关系,因此如何折衷也是个需要很好考虑的问题。
本次的电路总体上采用输入缓冲、预放大电路与输出级电路级联结构,其中预放大电路由一级差分放大器和射级跟随器构成。同时,预放人电路中采用了电感并联峰化技术以扩展带宽。另外,为了减小工艺角对电流源特性的影响,设计了简单的基准电流源提供一个比较稳定的电流。
激光驱动器的后仿真结果表明:激光驱动器芯片在3.3V标准电源供电时,输入信号10Gb/s、单端峰峰值为0.6V的信号时,在50Ω负载上的输出电压摆幅大于3.5V,电路功耗小于200mW;芯片面积为0.875mm*0.65mm。
随着器件特征尺寸向深亚微米不断发展,二阶效应的影响越来越严重,尤其是沟道长度调制效应,已经成为我们进行电路设计时必须要考虑的重要因素。本论义在第六章节从沟道长度调制效应对电路模型的影响入手,分析了其产生与作用的原理,同时利用主流的TSMC(台积电)的0.18μmCMOS工艺进行仿真分析,得出一些能够指导理想电流源设计的规律。