用于光通信与互连、集成差分光电探测器的标准CMOS全差分跨阻放大器

基于标准CMOS技术,提出和研究了一种用于光通信与光互连、集成差分光电探测器的全差分跨阻放大器(TIA).为实现全差分特性,提出了一种新型全差分光电探测器,其作用是将入射光信号转换成一对全差分光生电流信号,并保证电路结构和模型的全差分对称性.理论分析和仿真结果均表明:与常规的、集成光电探测器的差分跨阻放大器相比,该全差分跨阻放大器的带宽更高,灵敏度也同时被提高一倍.基于该集成差分光电探测器的全差分跨阻放大器,采用特许3.3V,0.35μm标准CMOS工艺设计和制造了一种单片全差分光电集成接收机.其跨阻增益为98.75dBΩ,从1Hz至-3dB频率点间的等效输入积分噪声电流为0.334μA.该光接收机采用了单一的3.3V电源;跨阻放大器与限幅放大器的总功耗为100mW;50Ω输出缓冲器的功耗为138mW.对于850nm的入射光、-12.2dBm的峰峰光功率和231–1位伪随机二进制序列输入信号,该光接收机达到了1.1GHz的3dB带宽和1.6Gbit/s的数据率.     

标准CMOS工艺下单片集成MSM光电探测器的 2 Gb/s光接收机

在标准互补金属氧化物半导体(complementary metal oxide semiconductor, CMOS)工艺下设计了1种单片集成金属-半导体-金属(metal-semiconductor-metal, MSM)光电探测器的光接收机. 带有源反馈和负米勒反馈电容的跨阻前置放大器用来提高光接收机的带宽. 由于MSM光电探测器具有较高的响应度, 所以光接收机的灵敏度得到改善. 由于MSM光电探测器的寄生电容较小, 在特许半导体0.35 μm工艺下实现了带宽为1.7 GHz的光接收机. 测试结果表明, 在-15 dBm的光功率和误码率为10^-9的条件下, 光接收机的数据传输速率达到了2 Gb/s. 在3.3 V电压下, 芯片的功耗为94 mW.     

一种用于光电标签的高电源抑制比的低功耗无片外电容低压差线性稳压器

介绍了1种无片外输出电容结构的低压差线性稳压器(LDO).该结构采用TSMC 0.18μm标准CMOS工艺设计,利用体调制效应,提高了LDO的稳定性和其瞬态响应.电路的面积为300×165 μm~2,基于Cadence仿真,其最大负载电流为10 mA,输入电压2 V,输出电压为1.8 V.当负载电流为1 m A时,静态电流和电源抑制比分别为83.8μA和-82.6 d B.     

直波导耦合输出AlGaInAs多量子阱环形激光器研究

采用InP基InAlGaAs多量子阱激光器外延材料结构, 利用感应耦合等离子体(ICP)干法刻蚀技术和聚酰亚胺介质平坦化工艺, 研制了多量子阱半导体环形激光器样品. 该器件通过加正偏压的环形结构谐振腔实现光激射, 然后借助紧邻的直线波导耦合将光信号输出. 环形谐振腔直径为700 μm, 波导宽度为3 μm. 用光纤对准直线波导端口耦合测试了环形激光器的光功率-电流特性曲线和激射光谱, 其阈值电流为120 mA, 在注入电流160 mA时从直波导耦合输出得到激射光谱的中心波长为1602 nm, 并结合光功率-电流特性曲线对环形激光器中的工作模式进行了初步分析.     

InP基UTC-PD的理论分析与模拟

首先采用漂移-扩散理论分析了单行载流子光电探测器(UTC-PD)的光电流响应. 利用器件仿真器ATLAS建立了UTC-PD的器件模型, 并对优化设计的InP/InGaAs PD的能带结构和性能参数作了二维模拟. 模拟结果表明, 光敏面为14 ?μm×1 μm、反偏电压为2 V时, 光电流响应的线性动态范围达60 mW, 响应度和?3 dB带宽分别为0.16 A/W和40 GHz. 当输入光脉冲宽度为10 ps时, 光电流响应的峰值达1.3 mA, 半峰全宽(FWHM)为28 ps.     

基于白光LED的可见光通信接收机专用集成电路设计

可见光通信接收机集成电路采用UMC 180 μm标准CMOS工艺设计,与传统光纤通信接收机不同,发射端基于白光LED.接收机电路使用有源电感、后均衡和负米勒电容技术以提升带宽,采用直流偏移消除反馈网络稳定电路直流电平.仿真结果表明,电路-3 dB带宽大约为436.5 MHz,输出稳定增益50 dB,功耗为7.06mW.对比传统分立元件搭建的电路系统,集成光接收机不仅功耗和便携性上有优势,带宽提升也有潜力.     

高响应度的NMOS型栅体互连光电探测器

针对硅基光电探测响应度低的问题,设计了一款与标准CMOS工艺兼容的、可用于弱光探测的高响应度的NMOS型光电探测器(NMOS-PD).该探测器由栅体互连的NMOS管和T-well/N-well结光电二极管构成,利用光电二极管的光生伏特效应改变T阱电势,进而控制NMOS管的栅压和阈值电压,以此实现光信号的探测与倍增放大,故所设计光电探测器具有更高的光电流增益和更宽的动态范围.经理论模拟计算和优化设计,本文设计了总面积为20μm×20μm的NMOS-PD,选用整个T阱区作为光敏区域(16μm×16μm),以增加光的吸收量,所设计光电探测器经UMC 0.18μm CMOS工艺流片制备.测试结果表明,所设计探测器在400～700 nm波长范围内具有较好的响应度.采用630 nm LED作为光源,当输出光功率密度P_(opt)=5 mW/cm~2、漏源偏压V_(DS)=0.4 V时,NMOS-PD的响应度达到1 550 A/W,并实现了200 kHz的信号探测.尽管随着光强增大,光电探测器响应度逐渐降低,但整体上仍超过10~3A/W.与硅基CMOS工艺制备的传统光电探测器相比,所设计光电探测器结构不仅可在低压、低功耗下正常工作,且在弱光条件下具有极高的倍增放大能力,有望应用于弱光探测的图像传感领域.     

共振隧穿二极管串联电阻测量方法的比较与分析

介绍了采用3种测量GaAs基RTD器件的串联电阻参数的方法：温度特性法、外加电阻法和电桥法．研究发现，不同的测试手段，得到的串联电阻值存在较大差异．对每种测量方法的原理进行了比较分析，由于3种方法分别针对RTD的不同电流区域进行测量，因而串联电阻会随着测量区域的改变而变化，导致测量结果不一致对于RTD的不同用途要采用对应的测试方法，这为RTD在电路方面的应用奠定了基础．     

基于0.5μm标准CMOS工艺的新型Λ负阻器件

介绍了一种新型的I-V特性为Λ型的负阻器件(negative resistance device,NRT),该器件使用上华0.5μm标准互补金属氧化物半导体(complementary metal-oxide-semiconductor transistor,CMOS)工艺制造.为节省器件数目,此类负阻器件并不调用上华工艺库中现有的标准元件模型,而是将一个金属氧化物半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconductor field effect transistor,MOSFET)和一个双极晶体管(bipolar junction transistor,BJT)制作在相同的n阱中,利用p型基区层作为MOSFET的衬底,从而将两个器件合二为一.NRT拥有较低的谷值电流-6.8217nA和较高的电流峰谷比(peak-to-valley current ratio,PVCR)为3591.器件的峰值电流较小,为-24.4986μA,意味着较低的功耗.该负阻器件的平均负阻阻值为32kΩ.不同于近年来的大多数负阻器件,本器件制作于硅材料衬底上而非化合物材料衬底.因而能够与主流CMOS工艺兼容.新型NRT功...     

一种用于光电标签的高电源抑制比的低压差线性稳压器设计

高电源抑制比低压差线性稳压器(LDO)采用UMC 0.18μm标准CMOS工艺进行流片,电路中采用偏置电流提升技术、偏置复用等技术来降低LDO的功耗.为保证LDO的稳定性,电路采用密勒补偿技术增强系统的相位裕度.同时,采用前馈结构来提高在低静态电流时LDO的瞬态响应.输入电压为光电池所提供的2 V电压,输出电压为1.8 V,该稳压器的最大负载电流约为13 m A.当负载电流为2 m A时,电源抑制比约为-67d B,其带宽在6 k Hz左右.稳压器的静态电流约为32.2μA,芯片面积为320×224μm~2.