检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：陈思凯兰州大学

学位级别：硕士

随着通信速率的不断提升,金属互连在距离、带宽和能耗等方面的劣势凸显,光互连具有低损耗、大带宽和高能效的特点,“光进铜退”是高速通信的研究热点。光电接收机主要由探测器光芯片和跨阻放大器（TIA）电芯片组成,后者决定了接收机带... 详细信息

随着通信速率的不断提升,金属互连在距离、带宽和能耗等方面的劣势凸显,光互连具有低损耗、大带宽和高能效的特点,“光进铜退”是高速通信的研究热点。光电接收机主要由探测器光芯片和跨阻放大器（TIA）电芯片组成,后者决定了接收机带宽、灵敏度和能耗,是光通信模块中的核心器件。现有TIA的芯片多采用Ga As或Si Ge工艺实现,芯片功耗高且集成度低;本论文面向400G数据中心光互连应用,研究标准CMOS工艺下高速TIA的关键电路设计技术,以及与硅基探测器的光电协同混合集成技术。本文学术贡献包括:第一,针对数字型低压CMOS工艺和多通道高密度集成需求,提出一种类反相器结构的跨阻前端电路,采用单端架构复用电流实现跨导加倍,并结合超宽带电源稳压技术,实现高集成度、低功耗和高信号完整性。第二,针对硅光探测器的混合集成需求,提出一种光电协同设计的频率峰化技术,定制化设计片上电感和T型线圈（T-Coil）,并分布在多个关键节点抵消寄生电容的高频损耗,实现TIA电路带宽的显著提升。第三,基于28nm CMOS工艺设计实现了一款线性TIA芯片。测试结果表明,该芯片-3dB带宽达到35 GHz,线性跨阻增益可覆盖46-66 dB（?）;通道速率最高可达112 Gb/s,并实测获得上述速率清晰的PAM-4调制眼图。第四,基于45nm CMOS工艺设计实现一款限幅TIA芯片,并与硅光探测器混合集成构建光电接收机。测试结果表明,TIA的-3dB带宽达到23 GHz,最大跨阻增益为53 dB（?）;光电接收机在最低-7.7 dBm光调制幅度下,可实现NRZ调制的50 Gb/s单路速率和10-12以下的误码率,PAM-4调制最高100 Gb/s的清晰眼图。第五,针对800G数据中心光互连对于单路200 Gb/s的电路需求,探索了28nm CMOS工艺下TIA电路的极限带宽性能,设计完成单路224 Gb/s速率的TIA电路,并仿真得到该速率下清晰的PAM-4调制眼图。

关键词：光互连跨阻放大器 CMOS 硅光探测器混合集成 PAM-4

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CMOS射频跨阻放大器设计

CMOS射频跨阻放大器设计

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作者：金杰湖南大学

学位级别：硕士

无线通信已经成为信息通信领域中,发展最快、应用最广泛的一种通信技术。但是,在无线通信系统设计中,人们一直以来习惯采用电压而不是电流作为信号变量,因此促成了大量电压信号处理电路或称电压模式电路的诞生和发展。但是,在高频以及... 详细信息

无线通信已经成为信息通信领域中,发展最快、应用最广泛的一种通信技术。但是,在无线通信系统设计中,人们一直以来习惯采用电压而不是电流作为信号变量,因此促成了大量电压信号处理电路或称电压模式电路的诞生和发展。但是,在高频以及高速信号处理领域,电压模式并不能完全满足系统要求,而电流模式电路设计方法可以解决这些难题。所以,近三十年来,电流模式电路设计方法得到了长足的发展。但是,如何把电压模式和电流模式完整的衔接起来,这也是一个很重要的问题,而跨阻放大器的应用正是解决这一问题的关键。因此,研究并扩展跨阻放大器在电压模式以及电流模式电路衔接中的作用,对现代新型电压电流混合模拟集成电路发展具有重要的科学意义和现实意义。本文以射频发射机后端关键器件中的窄带跨阻放大器以及超宽带接收机前端低噪声放大器为研究对象,在系统分析射频发射机及超宽带接收机结构及其性能指标的基础上,根据窄带跨阻放大器和超宽带低噪声放大器的工作原理与技术参数设计电路,并结合国家自然科学基金项目(射频集成电路设计的电流模式方法学研究(NO.60776021)及电路设计多种因素,提出了增益可控的窄带跨阻放大器以及增益可控超宽带跨阻低噪声放大器电路。本文主要的工作有： (1)针对电流模式电子电路以及光接收机中跨阻放大器的特点,提出了跨阻放大器在电流模式发射机电路设计中新的应用。 (2)提出一种应用于电流模式发射机后端的跨阻放大器。通过ADS(Advanced Design System)高频电路仿真工具的仿真分析,此增益可控射频跨阻放大器工作频率为2.4GHz,输入、输出反射系数S11和S22分别为-56.88dB,-36.99dB,最高增益达到18.27dB,噪声系数仅为1.061 dB,在1.3V的供压下,功耗为6.38mW。 (3)提出一种应用于2-11GHz的超宽带增益可控跨阻低噪声放大器。此增益可控超宽带跨阻放大器通过ADS(Advanced Design System)高频电路仿真工具仿真分析,在同时控制第一级跨阻增益的大小以及第二级偏置电压的条件下,可以达到连续26dB增益可控范围,在控制增益大小变化的同时,不会影响输入、输出匹配。在整个2-11 GHz范围内,S11小于-10dB,S22小于-18dB,增益大于17dB,噪声小于3.8dB,在1.4V供电电压下,功耗仅为10.6mW,性能优良。本文提出的电路与国内外发表的设计比较,在增益可控度以及功耗等方面有一定的优势。

关键词：电流模式电压模式发射机接收机跨阻放大器增益可控

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一种高增益低噪声低功耗跨阻放大器的设计与实现

一种高增益低噪声低功耗跨阻放大器的设计与实现

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作者：唐立田中国科学院微电子研究所

学位级别：硕士

光纤通信网络在20世纪70年代就已经进入实用阶段，如今已成为现代通信的主要支柱之一。未来，光纤到户(FTTH)是多种宽带接入方式中最好的一种，能够满足各类用户的多种需求。\n 光纤通信系统通常由光发射机、光纤和光接收机组成。跨... 详细信息

光纤通信网络在20世纪70年代就已经进入实用阶段，如今已成为现代通信的主要支柱之一。未来，光纤到户(FTTH)是多种宽带接入方式中最好的一种，能够满足各类用户的多种需求。\n 光纤通信系统通常由光发射机、光纤和光接收机组成。跨阻放大器位于光接收机前端，将光电二极管产生的电流信号转化为电压信号。作为光接收机的关键部分，跨阻放大电路的性能在很大程度上决定了整个接收机的性能。为降低成本而采用深亚微米CMOS技术后，低电源电压使得跨阻放大器在增益、带宽、噪声、动态范围等指标的折中问题上面临着诸多挑战。\n 本论文采用TSMC0.18um CMOS工艺设计并实现了一种高增益低噪声低功耗跨阻放大器。针对客户提供的一种光电二极管，在寄生电容高达3pF的情况下，开发成功一款跨阻放大器，其单端跨阻增益高达78 dBΩ，-3dB带宽超过300 MHz，100 MHz处的等效输入噪声电流谱密度低至6.3 pA/√Hz，功耗为14.4 mW。芯片面积(包括所有PAD)仅为500 um*460um。因此，与国内的同类产品相比该款跨阻放大器在增益、噪声、功耗以及芯片面积等方面具有明显的优势，这也为下一步多路跨阻放大器的集成奠定了基础。

关键词：跨阻放大器光纤通信网络光纤到户宽带接入

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结合片上变压器的跨阻放大器的分析与设计

结合片上变压器的跨阻放大器的分析与设计

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作者：孙永丰湘潭大学

学位级别：硕士

由于信息时代的到来及其迅速发展,使得通信技术在社会发展中扮演的角色越来越重要。光纤通信由于其传输速率快、稳定性强、携带信息量大因而具有广阔的发展前景,尤其在军事、互联网以及传媒等方面更是有着不可替代的作用,现如今,光纤通... 详细信息

由于信息时代的到来及其迅速发展,使得通信技术在社会发展中扮演的角色越来越重要。光纤通信由于其传输速率快、稳定性强、携带信息量大因而具有广阔的发展前景,尤其在军事、互联网以及传媒等方面更是有着不可替代的作用,现如今,光纤通信技术正在不断推动着整个通信行业大步向前发展。而作为光接收机最前端的电路,跨阻放大器不仅起着将电流信号转换为电压信号并放大的作用,而且整个光接收机的性能都与其密切相关。论文的主要工作内容如下:1)对重要的无源器件片上螺旋电感和变压器进行了分析,以片上螺旋电感为基础,重点介绍了电感的损耗机制,设计了一款可应用于射频(Radio Frequency,RF)领域的片上螺旋电感,并对其等效电路模型参数进行了提取,接着对物理模型与等效电路模型通过电磁仿真(EM)做了验证。在片上螺旋电感设计的基础上,设计了一款可广泛应用于RF领域的4端口片上变压器。2)对基本跨阻放大器原理进行了分析,基于SMIC 180nm CMOS工艺对基本的跨阻放大器性能进行了仿真分析。电感峰化技术因其提升带宽幅度明显、功耗低而广泛应用于射频电路中,而相比于片上电感,片上变压器占用的芯片面积大大减少,并且其精度更高,可靠性更好。所以结合设计的片上变压器,将其应用于跨阻放大器的输入级与放大级,利用变压器的感性,起到提升电路带宽的作用。仿真结果显示,电路在达到58.9dBΩ跨阻增益和10.8GHz的-3dB带宽的同时,等效输入噪声电流谱密度仅为13.5pA/sqrt(Hz),相比于不带片上变压器的电路,带宽得到了明显的提升。3)对本文设计的带片上变压器的跨阻放大器进行了流片、封装与测试。针对芯片测试做了测试方案,其中包括测试需要用到的设备,以及设计键合PCB测试板以满足测试要求,并对芯片做了简单的直流测试,测试结果与仿真结果相差不大,基本符合设计要求。

关键词：片上变压器跨阻放大器等效电路模型带宽

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宽带光接收跨阻放大器设计与实现

宽带光接收跨阻放大器设计与实现

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作者：杨锐电子科技大学

学位级别：硕士

由于光电耦合器绝佳的电气隔离特性,其被广泛应用于当今各种复杂电力电子系统,光耦芯片对系统信号的准确处理与无损传输都起到至关重要的作用。其应用领域之广泛,涵盖了通信网络、仪器探测、辐射监测、航空航天医疗卫生等各个方面。不... 详细信息

由于光电耦合器绝佳的电气隔离特性,其被广泛应用于当今各种复杂电力电子系统,光耦芯片对系统信号的准确处理与无损传输都起到至关重要的作用。其应用领域之广泛,涵盖了通信网络、仪器探测、辐射监测、航空航天医疗卫生等各个方面。不仅仅是民用,在军事领域诸如雷达、导弹、装甲、船舶等方面,光电耦合器更是扮演着不可或缺的角色。随着现代信息传输速度越来越快,这对光耦芯片的整体性能尤其是传输速度提出了更高要求。根据以上需求,本文主要设计了 50 MBd光电耦合器芯片与100 MHz宽带光接收芯片。 50 MBd光电耦合器中,针对光发射模块利用驱动电路实现LED光源的强弱变化,避免了光电探测器拖尾电流对信号频率的负面影响。光接收模块中核心为跨阻放大器,利用T型网络并联-并联负反馈结构在0.18μmCMOS工艺下实现其最终带宽58 MHz,跨阻增益59 kΩ,其平均等效输入噪声电流5.8 pA/(?),且使用了 Cascode电流镜提升该跨阻放大器的低频PSR至-117 dB。设计了输出电平可调的Gm-C低通滤波器为后级比较器提供正相输入信号以提升逻辑识别的准确性。所有模块使用基准电流为3.5 μA的PTAT电流源提供基准偏置。该光耦芯片的整体功耗为11.55 mW,低电平传输延迟15.9 ns,高电平传输延迟14 ns,脉宽失真1.9 ns。本文最终给出光耦芯片的整体版图并进行流片。 100 MHz宽带光接收芯片中,使用自行设计的100 MHz光电探测器进行单片集成,解决了器件与电路集成的工艺兼容问题。电路方面设计了 5 μA基准电流的PTAT电流源、改进型T型网络跨阻放大器和输出级电路。仍采用0.18μmCMOS工艺,经输出级输出后,芯片整体实现带宽为121 MHz,跨阻增益达到133 kΩ。噪声方面,利用按比例分配跨导的方式极大降低了电路内部产生的噪声,同时利用高通输出级电路抑制了低频噪声,因此该芯片平均等效输入噪声电流仅为1.29 pA/(?)。设计完毕后提供芯片版图,并进行流片。

关键词：光电耦合器跨阻放大器并联-并联负反馈 T型网络

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10Gbps高灵敏度跨阻放大器设计

10Gbps高灵敏度跨阻放大器设计

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作者：章周敏厦门理工学院

学位级别：硕士

光纤通信自问世以来,不仅使人与人之间的沟通效率得到全面的提升,还能够保证现代化、智能化、自动化技术的全面发展,它在现代信息网中起着非常重要的作用。然而,随着系统速率的提升,码间串扰、噪声等干扰会使信号在传输过程中的质量逐... 详细信息

光纤通信自问世以来,不仅使人与人之间的沟通效率得到全面的提升,还能够保证现代化、智能化、自动化技术的全面发展,它在现代信息网中起着非常重要的作用。然而,随着系统速率的提升,码间串扰、噪声等干扰会使信号在传输过程中的质量逐渐恶化。当传输速率达到10Gbps及以上时,信道中的衰减成为制约信号有效接收的重要问题。前置放大器作为光接收机中的关键模块,与光电探测器的阳极直接相连,承担着光电转换的重要任务。光信号经过长距离的光纤传输后,会产生一定程度的损耗,而且光电探测器将光信号转化为光电流的过程也会产生损耗,因此前置放大器的性能对整个光接收机的性能有着决定性的影响。本文采用TSMC 65nm CMOS工艺完成10Gbps高灵敏度跨阻放大器的设计与仿真。本文分析了低阻、高阻和跨阻放大器三种常见结构,跨阻放大器因其跨阻增益大、带宽宽、噪声低等优越性能成为前置放大器电路设计的基本结构。在对光接收机前端电路的基本理论进行分析后,提出跨阻放大器的设计指标和总体电路框图。本文采用改进型RGC结构作为跨阻放大器的输入级,降低电路的输入阻抗,之后采用多级级联放大电路在保证电路跨阻增益性能的同时得到高带宽,为进一步优化电路性能,在输入端采用串联电感峰化技术补偿高频端信号衰减造成的带宽损失。为保证跨阻放大器的实用性,加入有源电感峰化的限幅放大器电路来放大信号和扩展带宽;为进一步扩展带宽,输出驱动电路采用了T-COIL电感用于克服传统带宽扩展的限制,并能与后端电路进行阻抗匹配;为适应不同的输入光电流,引入自动增益控制电路来调整反馈电阻值保证电路的正常输出;为得到稳定的直流工作点,采用直流失调消除电路来消除直流失调;在跨阻放大器中设计了接收信号强度指示电路用于给光电探测器提供电压偏置并检测其电流大小,判断电路是否正常工作。采用Cadence Spectre进行仿真,仿真结果表明,当光电探测器的寄生电容为350f F时,该电路的-3d B带宽为7.85GHz,跨阻增益为77.75d B（?）,误码率为10-12时灵敏度可达-21.11d Bm,在3.3V电源电压供电下,功耗仅为109m W,符合设计要求。

关键词：光纤通信跨阻放大器改进型RGC 带宽扩展

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跨阻放大器低温性能及其对THz光电信号的放大应用

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太赫兹科学与电子信息学报 2023年第1期21卷 16-21页

作者：李弘义谭智勇邵棣祥符张龙曹俊诚中国科学院上海微系统与信息技术研究所太赫兹固态技术实验室上海200050 中国科学院大学材料与光电研究中心北京100049

随着太赫兹技术、低温电子学和射电天文学的发展,对可低温环境下工作的集成封装式跨阻放大芯片的需求增加。本文针对一种Ge-Si基底型跨阻放大器,主要研究了其深低温环境下的电学性能,获得了8 K温度下放大器芯片的典型端口电流-电压特性... 详细信息

随着太赫兹技术、低温电子学和射电天文学的发展,对可低温环境下工作的集成封装式跨阻放大芯片的需求增加。本文针对一种Ge-Si基底型跨阻放大器,主要研究了其深低温环境下的电学性能,获得了8 K温度下放大器芯片的典型端口电流-电压特性曲线和增益曲线,得到了在0.1~3 GHz频带内较为平坦的增益效果;为了验证其对太赫兹光电信号的放大功能,将该跨阻放大器与太赫兹量子阱探测器集成封装,并搭建了太赫兹脉冲激光探测系统,在8 K温度下实现了对脉宽2μs太赫兹光电探测信号的有效放大,跨阻增益约560Ω,电流放大增益为1.78 mA/V。上述研究成果首次验证了商用跨阻放大器在深低温环境下应用的可行性,为太赫兹高速探测与高频通信领域的集成跨阻放大提供了一种有效技术手段。

关键词：太赫兹探测高速封装跨阻放大器低温放大技术

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应用于光电接收机前端的跨阻放大器研究与设计

应用于光电接收机前端的跨阻放大器研究与设计

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作者：谢金峰中国科学技术大学

学位级别：硕士

在数字经济时代,随着数据的爆发式增长,光通信芯片作为现代通信网络的基础构成单元,有着广泛的应用场景。在接收端,跨阻放大器(Transimpedance Amplifier,TIA)作为光接收机前端的重要组成部分,直接决定了光接收机整体的性能。本文围绕... 详细信息

在数字经济时代,随着数据的爆发式增长,光通信芯片作为现代通信网络的基础构成单元,有着广泛的应用场景。在接收端,跨阻放大器(Transimpedance Amplifier,TIA)作为光接收机前端的重要组成部分,直接决定了光接收机整体的性能。本文围绕应用于光接收机前端的跨阻放大器展开研究,面向5G和F5G“双千兆”网络两种应用场景,针对不同应用场景提出的差异化要求,分别基于45nm RFSOI工艺设计了一款25Gbps连续模式低噪声单端转差分跨阻放大器和基于180nm SiGe BiCMOS工艺设计了一款1.25Gbps XGS-PON突发模式跨阻放大器。对于连续模式25Gbps低噪声跨阻放大器设计,本文针对跨阻放大器设计中的单端转差分技术和低噪声技术进行了研究,通过将cascode交流交叉耦合技术用于单端转差分TIA中,采用TIA级联均衡器低噪声技术实现CMOS工艺上低噪声、大带宽的性能。本设计基于45nm RFSOI工艺设计并进行了版图设计,整体芯片占用面积为700μm×780μm。后仿真结果显示,设计的跨阻放大器典型工作下的差分跨阻增益为59.5 dBΩ,带宽为21.2 GHz,输入参考噪声电流有效值为1.82 μrms,实现了良好的单端转差分功能和噪声性能。对于1.25Gbps XGS-PON突发模式跨阻放大器设计,突发模式要求跨阻放大器具有短的增益和直流建立时间。本文研究并设计了快速增益控制电路和快速直流失调消除电路以满足建立时间的要求,快速增益控制电路采用功率档位分立控制和反馈电阻阻值连续调节结合的混合型控制方式,提升了灵敏度和过载功率,拓展了动态范围。本设计基于180nm SiGe BiCMOS设计并进行了版图设计,核心电路占用面积为700μm×400μm。后仿真结果显示,在不同PVT组合下,设计的突发模式TIA的灵敏度为-32 dBm,动态范围为24.7 dB,增益建立时间为22 ns,满足XGS-PON通信标准。

关键词：光接收机跨阻放大器单端转差分连续模式突发模式 XGS-PON

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CMOS RGC低噪声跨阻放大器

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哈尔滨商业大学学报（自然科学版） 2007年第5期23卷 559-563页

作者：韩良喻明艳罗敏哈尔滨工业大学微电子中心哈尔滨工业大学(威海)微电子中心山东威海264209

光纤通信系统接收端前置放大器的性能很大程度上决定着整个光纤通信系统的性能.基于CMOS工艺,给出了一个RGC结构的,应用于2.5Gbit/s光纤通信系统的低噪声跨阻放大器的实现方式.RGC结构具有极低输入电阻特性,同时,为了减小输入等效噪声... 详细信息

光纤通信系统接收端前置放大器的性能很大程度上决定着整个光纤通信系统的性能.基于CMOS工艺,给出了一个RGC结构的,应用于2.5Gbit/s光纤通信系统的低噪声跨阻放大器的实现方式.RGC结构具有极低输入电阻特性,同时,为了减小输入等效噪声电流和提高-3dB带宽,采用了跨导增大技术和感性峰值技术.采用SMIC的0.18μm CMOS工艺的仿真结果表明该电路具有61.23dB的跨阻增益,2.09GHz的带宽,输入等效噪声电流为9.4pA/(Hz)^(1/2),电路功耗仅为16.2mW.

关键词： CMOS RGC 跨阻放大器低噪声感性峰值

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自对准InGaP/GaAs HBT跨阻放大器的研制

自对准InGaP/GaAs HBT跨阻放大器的研制

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第十二届全国化合物半导体材料、微波器件和光电器件学术会议

作者：王延锋孙海峰刘新宇和致经吴德馨中国科学院微电子中心(北京)

本文对自对准InGaP/GaAs HBT单片集成跨阻放大器进行了研究,采用发射极金属做腐蚀掩膜并利用GaAs腐蚀各向异性的特点来形成BE金属自对准工艺,最终制作出的器件单管阈值电压平均为1.15V,电波增益为50,发射极面积4um×14um的单管在集... 详细信息

本文对自对准InGaP/GaAs HBT单片集成跨阻放大器进行了研究,采用发射极金属做腐蚀掩膜并利用GaAs腐蚀各向异性的特点来形成BE金属自对准工艺,最终制作出的器件单管阈值电压平均为1.15V,电波增益为50,发射极面积4um×14um的单管在集电极电流密度J<,C>=2×10<'4>A/cm<'2>条件下截至频率达到了40GHz.我们设计并制作了两种单片集成跨阻放大器电路,测量得到的跨阻增益在工作频率2.5GHz时分别为50.6dBΩ,3dB带宽分别为2.7GHz和2.5GHz,最小噪声系数分别为2.8dB和3.2dB.

关键词： InGaP/GaAs HBT 自对准工艺跨阻放大器电路设计

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