高速通信中硅基光电子MZ调制器驱动电路的研究

发布时间：2020-06-29 14:14

【摘要】：随着5G时代的到来,全球数据流量的交换与日俱增,人们对于高速度、大容量的传输系统越来越渴求。因此,光通信系统以其高带宽、大容量、低衰减的优势被广泛应用。而驱动电路作为光通信系统中发射端的重要组成部分,其性能决定了整个光通信系统的通信质量。基于对下一代400Gb/s通信系统的应用需求,设计了一款用于马赫—曾德尔(Mach-Zehnder,MZ)调制器的高速、大摆幅驱动芯片。通过对光通信系统工作原理的分析,并结合实际应用,给出了MZ调制器驱动电路的具体实现方案。该芯片设计核心为高速驱动电路,主要包含:连续时间线性均衡器、可变增益放大器、预驱动电路和输出驱动电路。均衡器采用片上电感提供峰值频率;可变增益放大器采用并联电感峰化技术、负反馈技术以及电容中和技术扩展电路带宽和提升电路线性度;输出驱动电路基于推挽结构的改进,以实现高速率、大摆幅的输出。最后,采用基于连续时间负反馈的直流失调消除电路抵消系统中的失调电压。在Global Foundry 130nm SiGe BiCMOS8XP工艺下,完成驱动芯片的电路和版图设计,并进行后仿真验证。仿真结果表明:均衡器可以补偿4dB—19dB的信道损耗,可变增益放大器实现11dB—16dB的增益连续可调。最后,整体驱动电路的-3dB带宽达到33.78GHz,增益为26.5dB。当输入的PAM4信号幅度为0.2Vpp,速率为50GBaud(100Gb/s)时,差分输出摆幅可达4Vpp,芯片的功耗为796mW,面积为1400μm×1400μm。
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN929.1
【图文】：

IP流量,全球

1 绪论究背景与意义世纪以来，随着物联网、大数据和云计算等技术的飞速发展，尤其是 5G 数据的吞吐量呈现出爆炸式的增长。目前，据 Cisco Visual Networking Ind 2017 年到 2022 年，全球 IP 流量将增长近两倍[1]，其趋势如图 1-1 所示，2022 年全球 IP 流量预计将增长到每月 396EB，远高于 2017 年每月增长率为 26%。据统计，70%以上的流量交换是发生在数据中心的机房的中转站，数据中心对通信带宽有着迫切的需求。

光通信系统,互联技术,光互联

西安理工大学硕士学位论文电磁干扰等问题变得尤为显著[2-3]。当电子设备的工作频率达到 MHz、GHz，甚至更高时，电互联方式将无法满足高速率数据通信的需求，成为限制通信领域快速发展的瓶颈、障碍。因而对互联技术的发展提出了新的要求，即引入新的互联方式。在电互联无法满足通信发展需求的背景下，一种光纤取代同轴电缆作为媒介，光子取代电子作为载体，以实现信息传递的通信方案，即光互联技术应运而生。光互联技术具有高带宽、低损耗、长距离的传输特性，且光信号在传输过程中彼此无串扰，不受电磁波干扰。而将以超大规模集成电路为代表的电子技术与光通信技术相结合，可以消除电互联技术在信息传输过程中遇到的技术瓶颈，实现一种更高速率、高密度地传输方式[4]。因此，光互联技术弥补了电互联技术的不足，成为引领通信行业高速发展的关键技术。

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