40nm CMOS工艺下的25Gb/s光接收机模拟前端电路设计

"基于40nm+CMOS工艺的25Gbs光接收机模拟前端电路设计-论文" 本文主要探讨了在40纳米互补金属氧化物半导体（CMOS）工艺下设计一款25吉比特每秒（Gbps）速率的光接收机模拟前端电路。光接收机是光通信系统中的关键组成部分，它负责将接收到的光信号转换为电信号，以便进一步处理和解码。模拟前端电路是光接收机的核心，其性能直接影响到整个系统的接收灵敏度、带宽和功耗。 在40nm CMOS工艺中，电路的设计面临诸多挑战，如低电源电压、高集成度和高性能要求。针对这些挑战，文章提出了改进的共栅级放大器，引入了有源反馈结构的共栅级跨阻放大器（TIA）。这种设计能够有效地降低电压余度消耗，同时提升放大器的带宽，从而改善电路的频率响应特性。共栅级跨阻放大器在光接收机中起到关键作用，它将光探测器产生的小电流信号转化为电压信号，提供足够的增益和带宽。 在该模拟前端电路中，除了跨阻放大器外，还包括限幅放大器、直流偏移消除电路和输出缓冲级。限幅放大器采用了交错式有源反馈结构，旨在提高电路在工作带宽内的幅频响应平坦度，确保信号传输的稳定性。交错式结构可以有效地扩展带宽，并减小非线性失真。直流偏移消除电路则是为了消除由于工艺不匹配和温度变化引起的静态偏置问题，保证信号的准确恢复。最后，fT倍频器作为输出缓冲级，用于实现阻抗匹配，确保信号无损传输到后续的数字信号处理部分。 仿真结果显示，在0.9伏电源电压条件下，当探测器结电容等效值为150飞法拉（fF）时，光接收机模拟前端电路的跨阻增益达到59.6分贝（dBΩ），-3分贝带宽为20.8吉赫（GHz），功耗仅为46.6毫瓦（mW）。芯片核心面积为600微米×440微米，实现了高集成度和低功耗的目标。 该论文详细介绍了如何在先进的40nm CMOS工艺中设计高速光接收机的模拟前端电路，通过创新的电路结构优化，实现了高带宽、低功耗和良好的噪声性能。这对于推动光通信技术的发展，特别是数据中心和云计算应用中的高速光互连有着重要的理论和实践意义。