光接收机的作用_光接收机灵敏度_数字光接收机

光集成。由光检测器及前置放大器组成的具有接收光功能的混合集成模块或单片集成组件。

中文名,光集成。应用学科,光纤通信技术。

简介。光接收机前端作为光纤通信系统的重要组成部分。

其性能指标直接决定着光接收机的整体性能。由于基于标准 CMOS 工艺的光接收机成本低廉。市场应用前景广阔。近年来引起极大关注。并取得飞速的进展。本文首先回顾了基于标准 CMOS 工艺光电探测器的基本结构。以及跨阻放大器的核心电路。重点总结了标准 CMOS 工艺中光接收机的最新研究进展。

背景。伴随着信息通信技术的广泛应用和各种新业务的不断涌现。

在全球网络数据量飞速增长的同时。个人对网络带宽的需求也日趋显著。据互联网数据中心 IDC 的研究报告。 2011 年全球数据总量达 1.8ZB 。 2015 年将达 8ZB。如此海量信息的传输和交换必须实现高速化。因而对带宽。码间干扰等提出了更高的要求。由于受 RC 时延的影响。光接收机的作用传统的基于铜互连的信息传输技术难以实现。近年来。随着集成光学和集成光电子技术的不断进步。

FTTx[2,3]。车/机内通信[4]。板/片间互连[5,6]等短距离和甚短距离通信都可采用单片或混合集成的光互连技术来实现。与铜互连相比。光互连具有极高的时间空间带宽积。高速。高密度。无干扰。传输功耗低等优点。因而成为发达国家重点研究开发的一项新技术。由于标准 CMOS 工艺具有廉价。可批量生产。成品率高等优点。在标准 CMOS 接收电路芯片上集成光电探测器可最大限度地消除互连。引线和封装等寄生参量影响。

提高光接收机的整体性能。同时还具备体积小。成品率高。可靠性好。可实现更为丰富功能的优点。近年来。随着不断提升。如何基于标准 CMOS 工艺实现光电探测和放大/处理电路的单片集成。成为光电集成领域的研究热点。

分类。按光检测器的种类。光集成可分四类：①PIN/FET光适合1.1～1.6μm光纤通信；②光电导检测器/FET光。

适用接收0.8μm波段的光纤通信；③MSM/FET光。MSM由两个背靠背肖特基结组成。与FET工艺相容。易于单片集成。已制成四个MSM与8 000支FET集成在同一GaAs基片上。它能快速检测和处理数据；④异质结光晶体管/HBT光。其成本低。但工作速率也低。

图1为最通用的PIN/FET混合集成光模块电路图。用PIN光电二极管接收光信号后。用低噪声FET作前置放大。再用三个双极晶体管组成放大电路以提高探测灵敏度。典型参数值：电流灵敏度为0.8A/W；上升响应时间为50ps；下降时间为55ps；漏电流为3nA；结电容为0.3pf。

光电检测器。光电探测器位于光接收机的最前端。

其参数直接影响着光接收机的整体性能。目前在标准 CMOS 工艺中实现的探测器主要基于 pn 结和肖特基结。常用结构有 n+/p-sub 二极管。n-well/p-sub 二极管。 p+/n-well/p-sub 双光电二极管。空间调制光探测器。 MSM 光电探测器及光电晶体管。最简单的光电探测器是反向偏置的 n+/p-sub 二极管。如图 1所示[7]。

由于 n+结浅。耗尽区窄。因而对光生载流子的收集效率低。为了提高响应度。可以采用如图 2所示的n-well/p-sub 二极管[7,8]。与图 2相比。 pn 结更深。耗尽区更宽。因而有利于光生载流子的收集。上述 pn 结探测器虽然结构简单。 但在衬底深处产生的光生载流子需扩散到探测器电极。因而在脉冲响应中引入拖尾。限制了探测器的响应速度。为了消除拖尾效应。文献[9,10]提出了利用 p+/n-well/p-sub 结构的双光电二极管。

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