10 Gbit-s光纖通信前置放大器的分析與設(shè)計.pdf

1、隨著社會的進步，信息量的迅猛增長，人們對信息處理速度的要求也越來越高?；诠饫w通信系統(tǒng)頻帶寬、容量大、傳輸損耗低、體積小、質(zhì)量輕、抗干擾、抗腐蝕、節(jié)省能源、資源豐富等諸多優(yōu)點，光纖通信系統(tǒng)必然將成為或者正在成為下一代寬帶網(wǎng)絡(luò)通信的主體。因此，開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的光纖通信系統(tǒng)是必不可少的。
　　 在光纖通信系統(tǒng)的光接收機中，因為前置放大器模塊所處位置的特殊性，所以其性能在很大程度上決定了整個光接收機的性能。本課題所設(shè)計的前置放大

2、器可適用于滿足同步數(shù)字體系SDHSTM-64(10Gb/s)傳輸速率的光纖通信系統(tǒng)的需要。
　　 前置放大器的作用是將光檢測器傳輸過來的微弱脈沖電流信號轉(zhuǎn)換并放大為脈沖電壓信號。論文首先介紹了為前置放大器提供輸入的光檢測器的噪聲性能和等效電路，進一步明確了前置放大器的設(shè)計目標(biāo)。接著，對低阻、高阻和跨阻前置放大器進行了詳細(xì)的介紹和對比，并詳細(xì)介紹了跨阻放大器對基本放大器在輸入輸出阻抗和帶寬等方面的影響，最終確定采用適用于高速率傳輸

3、的跨阻放大器結(jié)構(gòu)。論文接著對共柵形式、共漏形式、共源形式和RGC形式的四種前置放大器，從輸入輸出阻抗、增益、帶寬和噪聲等方面進行了詳細(xì)的分析和理論推導(dǎo)，由于RGC形式的前置放大器在輸入輸出阻抗和帶寬等方面的優(yōu)勢，最終確定采用RGC結(jié)構(gòu)作為前置放大器的輸入級。
　　 為了滿足電路對高帶寬的要求，論文采用多種技術(shù)來擴展電路的帶寬。RGC結(jié)構(gòu)作為輸入級，不僅能夠避免較大的光檢測器寄生電容對帶寬的影響，還可以利用其前置放大器自身反饋機制

4、所帶來的零點尖峰來進一步擴展帶寬；采用電壓-電流負(fù)反饋，來減小電路主極點處的等效阻抗值；采用源跟隨器結(jié)構(gòu)，來避免后級電路等效輸入電容在主極點處的密勒效應(yīng)；采用容性退化技術(shù)，來產(chǎn)生一個能夠抵消主極點的零點。通過采用上述擴展帶寬的技術(shù)后，電路的-3dB帶寬達到8.69GHz，滿足了系統(tǒng)的設(shè)計要求。論文最后對所設(shè)計電路進行版圖的實現(xiàn)。首先介紹了版圖設(shè)計的流程，接著介紹了版圖設(shè)計規(guī)則和版圖設(shè)計準(zhǔn)則。另外，對天線效應(yīng)、閂鎖效應(yīng)和靜電放電保護等可靠

5、性設(shè)計進行了詳盡的描述。為了使電路的性能達到最佳，我們不僅對電路進行了合理的平面布局，還采用了諸如dummy器件、對稱性、共心技術(shù)和指狀交叉技術(shù)等多種技術(shù)來保證電路的匹配。
　　 利用Cadence公司的Spectre和Viauoso軟件并采用TSMC的0.18μm工藝完成了具有8.69GHz帶寬的前置放大器電路的設(shè)計和版圖的實現(xiàn)，所設(shè)計的電路完全能夠滿足光纖通信系統(tǒng)的10Gb/s傳輸速率的需要。該前置放大器的增益為40.1dB