用于光互连的高速光接收机前端放大电路设计

《用于光互连的高速光接收机前端放大电路设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、西南交通大学硕士研究生学位论文第2页的，设计光互连系统中关键的接收机部分电路。1．2光互连技术的研究现状现今世界上有很多研究机构和公司企业都在向光互连方面进军，特别是在通讯和网络领域。90年代以来，美国、日本、英国等发达国家的光学互连通讯技术发展较快。其中具有代表性的研究机构有：美国的AT&TBell‘实验室、IBM公司、UniversityofCalifomia、StanfordUniversity、Universityofrizona(OpticalSciencesCenter,WorldLab．)、UniversityofSouthCalifornia(Cent

2、erforPhotonTechnology,NationalLab．)，日本的NTT公司、Fujitsu公司、Hitachi公司，以及英国的Heriot．WattUniversity等。近几年的光互连研究日趋成熟，许多大的公司和企业相继提出他们的研究成果。IBM公司在06年公布了他们公司的最新研究成果((opticstoboostinterconnectbandwidthincomputersystems))。2007年，IBM再次公布研究现状，其已经开发出基于光互连的4芯CPU系统。Intel也多次公布公司的高速光互连成果。国内的公司华为IC部、中兴等知名企业也斥巨

3、资在光互连的研究方面，但由于国内IC设计人才的缺乏，这方面的进展不像国外那么显著。但以上这些大公司的研究已经说明，通讯界已经开始关注光互连的发展，并将其列在比较重要的位置上。国内各高校也早就涉足这一领域，其中具有代表性的就是东南大学的射频与光电集成电路研究所的一些老师和学生一直在这方面进行深入的研究【31。这些研究现在的出发点是适应各种高端设备的需求，因为这些设备相对传统的计算机更具前瞻性。现在的光互连除了极少部分的光模块使用在短距离的互连中，光互连的研究与应用还主要是针对高端设备，诸如大型的存储设备、服务器、机站等应用中。到目前为止，市场上并没有国内研发和制造的高速

4、光接收电路。目前的市场上，主要有国外Vitesse、Helix等几家公司的产品。但这些产品在1Gbps数据传输速率以上时，都没有采用CMOS工艺。Helix公司曾经生产过一批CMOS工艺的接收芯片，但也仅仅是一批。西南交通大学硕士研究生学位论文第3页为填补市场上这方面产品的空白，同时满足我们低功耗、低成本、便于集成的要求，我们所做的基于CMOS工艺的高速光接收模块是富有意义和挑战性的工作。1．3高速光接收机前端放大电路的介绍光接收机是光通信系统中的重要组成部分，其作用主要是将经光纤或者波导传输衰减和畸变后的微弱光脉冲信号通过光电转换、放大以及后续处理转换为与发射端相对

5、应的数字脉冲信号。常用的光接收机结构如图1．1所示，主要包括：光探测器、前端放大电路、数据恢复电路和解复用电路。光信号前端放大电路图1-1光接收机结构从上图可以看出，光接收机前端放大电路主要包括前置放大器和主放大器。其中，自动增益控制是前置放大器设计的一部分。前端放大电路之前的光探测器(PD，photodiodes)是光电转换器件，其作用是将接收到的光脉冲信号转换成电流脉冲信号。一般，对光探测器的基本要求是高光电转换效率、低附加噪声和比较快的响应速度。前置放大器是整个光接收机系统中最为关键的器件，它决定了整个接收机系统的灵敏度和带宽。其作用是将光探测器输出的微弱电流脉

6、冲信号转换成一定幅度的电压脉冲信号(一般为几十到几百mY)。一般而言，对前置放大器最基本的要求为高增益、低噪声和高带宽。电路设计的难点也主要体现在这三点上。具体的说，高增益是为了保证整个光接收机系统的低噪声特性；低噪声则是要保证电路的输入信号不被噪声淹没；高带宽是电路高数据西南交通大学硕士研究生学位论文第4页传输速率的要求。通常，在对前置放大器要求有很大的动态范围时，就可能出现单个的电路不能同时满足设计需求，致使在某些幅度的输入信号上输出信号达不到预定的要求，而某些幅度的输入信号则可能使电路中的管子偏离预先设计的工作区。而自动增益控制(AGC，automaticgai

7、ncontr01)电路正是为解决这一问题而来的。主放大器的作用是将来自前置放大器的输出信号(一般为几十mV)放大并保持在一定的幅度内，以满足后续数据判决和时钟恢复电路输入电平的需要。除了高速度和高增益的要求，此放大器另一个重要的性能指标是在较大的输入动态范围内，保持输出电平幅度的恒定。单独设计光接收机前端放大电路时还需要一个输出缓冲电路，该电路一般包括在主放大器的设计中。输出缓冲是为了便于驱动片外的电路或者数据判决恢复电路。因此，要求其有足够的驱动能力。1．4本课题的来源及主要研究工作1．4．1本课题的来源本课题所研究的内容来源于2006年国家863