光接收机的作用_光接收机灵敏度_数字光接收机(2)

如图 3 所示。其中。叉指型 p+区与 n 阱形成工作二极管。 n 阱与 p 衬底形成屏蔽二极管。当探测器处于工作状态时。工作二极管和屏蔽二极管均处于反偏状态。因而在衬底深处产生的慢扩散光生载流子被屏蔽二极管吸收。从而消除了衬底慢扩散载流子对工作二极管响应速度的限制。此外。该结构还利用叉指型 p+区使工作二极管的耗尽区最大化。有利于光生载流子收集。进一步提高了光电探测器的速度和响应度。 2007 年。

Yu C L 等人[11]采用 CSMC 0.6μ m CMOS 工艺。制备了面积为40μm× 40μm的双光电二极管。测试结果表明。 -3dB 带宽可达 1.1GHz。然而。响应度偏低。仅为0.04A/W。另一种缓解慢扩散载流子效应的结构是空间调制光探测器 [12-14]。它由受光的瞬时二极管和屏蔽光的延迟二极管构成。利用二者的光电流响应差来消除衬底深处产生的慢扩散载流子效应。从而提高光电探测器的物理带宽和速度。

其基本结构如图 3 所示。其中。 n-well 与 p 衬底构成瞬时二极管。而标准 CMOS 工艺中的 M2 与n-well/p-sub 一起构成延迟二极管。通过版图布局的网格化设计。可获得的-3dB 带宽最大可达 1.1GHz。比传统 n-well/p-sub 二极管的带宽提高了两个数量级。虽然基于 pn 结二极管的光电探测器取得了较高的带宽。但带宽的提高是以牺牲响应度为代价的。在某些高灵敏度应用场合下。

探测器的响应度可能更为重要。文献[7]提出了一种基于标准 CMOS 工艺的寄生光电晶体管作为光接收机的探测器。如图 4 所示。当 p 型基区空置。深 n 阱集电区与 n+发射区正向偏置时。在基区内产生的光生载流子被晶体管放大。因而可实现高灵敏度探测。 基于 65nm CMOS 工艺制备的 npn 光电晶体管的直流响应度可达0.34A/W[7]。不幸的是。带宽仅为 0.15MHz。这是因为光电晶体管是 CMOS 工艺中的寄生器件。

基区较厚且掺杂剖面未经优化造成的。

跨阻放大器。提高光接收机灵敏度的方法除了提高探测器的响应度。

还需降低前置放大器的输入噪声电流。由于跨阻结构放大器在噪声和带宽方有很好的折衷。因此。在高速。高灵敏度应用场合倍受青睐。目前。学者采用的跨阻放大器核心电路主要有调节型共源共栅放大器。有源反馈跨阻放大器和零极点对消跨阻放大器等。RGC 放大器属于电流模形式的跨阻放大器。它是一种利用共栅电路或共源共栅电路自身特性形成电流输入。电压输出的跨阻放大器。

因为不需要添加额外的反馈电阻。在一定程度上缓解了增益。带宽和噪声之间的矛盾。提高了跨阻放大器的整体性能。该放大器具有输入阻抗小。频带宽及电压摆幅好的特点。 2004 年。 Park S M 等人[16]首次将 RGC 结构应用于光接收机前端电路中。并成功地实现了 1.25Gb/s 的传输速率。

单片集成 CMOS 光接收机的研究进展。

由于硅基标准 CMOS 工艺的单片光电集成接收机具有成本低。可批量生产。成品率高120 等优点。成为集成光电子领域的研究热点。并取得了飞速的发展。自 1999年Bell 实验室首次报道了基于标准 CMOS 工艺的光电集成接收机后[9]。各发达国家的研究人员对此进行了积极的探索。比利时 K U Leuven 大学的 Hermans C 等人[18,19]从2000 年开始对基于标准 CMOS 的光电探测器。

光接收电路及单片集成光接收机进行了广泛的研究。 2006 年。该研究小组采用 0.18 µm 标准 CMOS 工艺研制出工作波长 850 nm 的传输125 速率 1.2 Gb/s。灵敏度–8 dBm 的单片集成接收机[19]。德国斯图加特大学的 Jutzi M 等人对集成差分探测器和空间调制光探测器的光接收机前端进行了研究。 2006 年报道了一种基于标准 CMOS 工艺集成 SML 探测器的 2Gb/s 单片集成光接收机[20]。

本文来自电脑杂谈，转载请注明本文网址：
http://www.pc-fly.com/a/tongxinshuyu/article-49468-2.html