12.5Gb/s SiGe BiCMOS工艺高速光接收机模拟前端电路设计

"基于SiGe BiCMOS工艺的高速光接收机模拟前端电路" 这篇研究论文主要探讨了在IBM 0.18微米SiGe BiCMOS工艺基础上设计的12.5 Gb/s全差分光接收机模拟前端电路。SiGe（Silicon-Germanium）BiCMOS（Bipolar-CMOS）工艺是一种融合了双极型晶体管和CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）技术的混合工艺，它结合了双极型晶体管的高速性能和CMOS的低功耗、高集成度的优点，特别适用于高速通信系统。 该电路主要由四个关键部分构成： 1. 跨阻放大器（Transimpedance Amplifier, TIA）：这是光接收机模拟前端的核心，它的作用是将光探测器产生的微弱电流信号转换为电压信号。论文中提到的TIA在探测器等效电容为300 fF时，具有97 dB的跨阻增益，这意味着对于微小的电流变化，它可以产生显著的电压响应。 2. 限幅放大器（Limiting Amplifier, LA）：为了进一步提升系统的带宽，论文采用了一种改进的Cherry-Hooper结构的三级级联限幅放大器。Cherry-Hooper架构通常用于宽带限幅放大器设计，通过级联可以有效地提高放大器的带宽。经过改进，这种三级级联的LA能够提供更宽的频率响应。 3. 直流偏移消除电路（DC Offset Cancelling Circuit）：该电路使用差分有源密勒电容（Differential Active Miller Capacitor, DAMC）代替传统的外部大电容，以减少直流偏移并提高电路的集成度和稳定性。DAMC利用有源器件来实现电容的功能，减少了对外部组件的需求，有助于缩小芯片尺寸。 4. 输出缓冲级（Output Buffer）：此部分确保信号的驱动能力，能够将处理后的信号稳定地传输到后续的数字电路中。 根据后仿真结果，整个光接收机模拟前端电路的-3 dB带宽达到了11.7 GHz，这表明它在高速数据传输中的性能非常出色。同时，等效输入噪声电流小于14.2 pA/Hz，意味着电路的噪声性能良好，能够准确地捕捉并处理信号。芯片的核心面积仅为720 µm × 700 µm，展示了良好的集成度。 关键词涵盖了光接收机、跨阻放大器、改进型Cherry-Hooper结构、直流偏移消除电路以及锗硅双极-互补金属-氧化物-半导体工艺，这些关键词突出了研究的重点和创新点。 这篇论文是由天津大学微电子学院和电气自动化与信息工程学院的研究人员完成的，并得到了国家自然科学基金的支持。作者们通过深入研究和优化，设计出了一款高性能、小型化的高速光接收机模拟前端电路，为未来高速光通信系统的设计提供了有价值的参考。