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通信技术的发展,信息吞吐量的飞速增加大大推进了光纤通信的发展。光接收机前端放大电路作为光接收机的关键模块,其性能在很大程度上决定了光接收机的性能以及整个光纤传输系统的性能。
本次课题采用Jazz 0.35um SiGe BiCMOS工艺设计应用于10Gb/s速率级光接收机前端放大电路。SiGe BiCMOS的工艺特性较好兼顾了电路性能、成本以及集成度方面的要求。后仿真结果显示,整体电路小信号带宽为8.8GHz,增益为101.5dB,能够稳定输出峰峰值>450 mV的电压信号,较好的满足了系统要求。
前端放大电路包含了前置放大器与主放大器两大部分,在本次设计中均采用差分电路形式。前置放大器采用共基级和跨阻放大器级联的形式:共基输入级抑制了光检测器寄生电容对带宽的影响;跨阻放大器则同时兼顾了增益与带宽的要求。前置放大器仿真所得带宽为8.9GHz,小信号增益为60.9dB。
主放大器采用限幅放大器形式,包括了2级Cherry-Hooper宽带放人单元和作为输出缓冲的2级差分放大器。Cherry-Hooper宽带放大单元大幅提高了放大单元的增益带宽积,2级输出缓冲有效改善了最终输出波形。限幅放人器增益41.94dB,带宽10.31GHz,当输入一定动态范围内的电流信号时,均能得到较为良好的眼图输出。
单片集成的前端放大电路中接口电路以及偏置电路的设计同样影响了电路性能甚至是功能的实现。本文给出了这两者的设计要素以及电路原理。
芯片成本、尺寸以及功耗的降低是当前必然的趋势。这给版图设计带来了挑战。版图设计的好坏直接影响了芯片性能,本文给出了前端放大电路的版图布局以及设计要素。
论文由7章组成,包括了光纤系统的简要介绍,前端放大电路中各个电路模块的分析与设计,系统版图设计要素,仿真结果及其分析和芯片测试的相关内容。