[發(fā)明專利]帶寬與靈敏度均倍增的標(biāo)準(zhǔn)CMOS差分光電集成接收機(jī)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710060333.3
• 申請(qǐng)日: 2007-12-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101197625A
• 公開(kāi)（公告）日: 2008-06-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 毛陸虹;余長(zhǎng)亮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號(hào): H04B10/158
• 分類號(hào): H04B10/158;H01L27/144
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所
• 代理人: 江鎮(zhèn)華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光通信系統(tǒng)及光互連領(lǐng)域，涉及一種與標(biāo)準(zhǔn)的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)工藝完全兼容的、帶寬和靈敏度均倍增的差分光電集成接收機(jī)。

背景技術(shù)

在高速通信系統(tǒng)中，光接收機(jī)性能的好壞決定了整個(gè)通信系統(tǒng)的質(zhì)量，其設(shè)計(jì)至關(guān)重要。現(xiàn)行實(shí)用的光接收機(jī)均是混合集成的，即將化合物光電探測(cè)器和硅基接收機(jī)專用IC(集成電路)之間用金屬線鍵合而成，它只適用于大量用戶共享通信通道的長(zhǎng)距離數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)。而對(duì)于短距離和甚短距離高速光通信，如局域網(wǎng)、柜機(jī)到柜機(jī)、芯片間互連和芯片內(nèi)互連等，通信通道只被幾個(gè)至幾十個(gè)用戶所獨(dú)享，此時(shí)的應(yīng)用成本變得尤為重要。為有效降低短距離高速光通信的應(yīng)用成本，近年來(lái)，低成本的CMOS光電集成接收機(jī)正逐漸成為學(xué)者們的研究熱點(diǎn)問(wèn)題之一。它不僅可以大大降低接收模塊的器件成本和封裝成本，而且可提高接收機(jī)的整體性能，減小芯片面積，降低成本，提高可靠性，并易于工業(yè)化。

由于標(biāo)準(zhǔn)CMOS光電探測(cè)器的低響應(yīng)度特性及靈敏度和帶寬之間的折衷限制關(guān)系，目前尚未有實(shí)用的且與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝完全兼容的光電集成接收機(jī)的報(bào)道。現(xiàn)已報(bào)道的CMOS光接收機(jī)主要可分為兩類：一類雖可滿足實(shí)用要求，但光檢測(cè)器與接收放大電路是混合集成的；另一類雖實(shí)現(xiàn)了單片CMOS集成，但其性能指標(biāo)不能滿足實(shí)用化要求。

本發(fā)明的在先發(fā)明的申請(qǐng)?zhí)枮?00310101069.5，該發(fā)明公開(kāi)了一種與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝完全兼容的硅光電探測(cè)器及制作方法，此種硅光電探測(cè)器可應(yīng)用在本發(fā)明中。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是解決CMOS光電集成接收機(jī)的靈敏度和帶寬限制問(wèn)題，提供一種與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝完全兼容的、帶寬和靈敏度均倍增的差分光電集成接收機(jī)。

為此，本發(fā)明提出如下的技術(shù)方案：

一種帶寬與靈敏度均倍增的標(biāo)準(zhǔn)CMOS差分光電集成接收機(jī)，包括：

一個(gè)與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝完全兼容的四端口光檢測(cè)器，其作用是將由同一根光纖輸入的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為一對(duì)差分電流信號(hào)，所述的四端口光檢測(cè)器，包括第一和第二與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝完全兼容的光電探測(cè)器，該兩個(gè)光電探測(cè)器的陽(yáng)極和陰極分別對(duì)應(yīng)四端口光檢測(cè)器的四個(gè)端口；第一光電探測(cè)器的陽(yáng)極和陰極分別與全差分跨阻前置放大器的一個(gè)輸入端和電源端相連；第二光電探測(cè)器的陽(yáng)極和陰極分別與接地端和全差分跨阻前置放大器的另一個(gè)輸入端相連；

一個(gè)與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝完全兼容的全差分跨阻前置放大器，其作用是將四端口光檢測(cè)器輸出的差分電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為差分電壓信號(hào)；

一個(gè)與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝完全兼容的全差分限幅放大器，其作用是將全差分跨阻前置放大器輸出的差分電壓信號(hào)放大到數(shù)字處理電路所需要的電壓水平；

一個(gè)與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝完全兼容的、差分轉(zhuǎn)單端的輸出緩沖級(jí)，其作用是將全差分限幅放大器輸出的已達(dá)到數(shù)字電壓水平的差分電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成單端輸出的電壓信號(hào)，并提供驅(qū)動(dòng)能力；

一個(gè)與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝完全兼容的偏置級(jí)，其作用是為全差分跨阻前置放大器、全差分限幅放大器和差分轉(zhuǎn)單端的輸出緩沖級(jí)提供偏置電壓。

作為優(yōu)選實(shí)施方案，上述的差分光電集成接收機(jī)，四端口光檢測(cè)器中的兩個(gè)光電探測(cè)器均為插指狀P+/Nwell/P型襯底光電探測(cè)器，兩者的結(jié)構(gòu)、尺寸和面積相同，位置相鄰且對(duì)稱。

所述四端口光檢測(cè)器可以是在帶深N阱的N阱CMOS工藝下制作，四端口光檢測(cè)器中的兩個(gè)光電探測(cè)器為插指狀P+/Nwell/P型襯底光電探測(cè)器，兩者的結(jié)構(gòu)、尺寸和面積相同，位置相鄰，其第一光電探測(cè)器制作在P型襯底上，第二光電探測(cè)器制作在深N阱中。

所述四端口光檢測(cè)器也可以是在帶深N阱的雙阱CMOS工藝下制作，所述的第一光電探測(cè)器為制作在P型襯底上的插指狀P+/Nwell/P型襯底光電探測(cè)器，所述的第二光電探測(cè)器為制作在深N阱中的插指狀N+/Pwell/深N阱光電探測(cè)器，所述的第二光電探測(cè)器中的插指狀N+注入?yún)^(qū)的形狀和大小與所述的第一光電探測(cè)器中的插指狀P+注入?yún)^(qū)的形狀和大小完全相同；第二光電探測(cè)器中的P阱區(qū)的形狀和大小與第一光電探測(cè)器中的N阱區(qū)的形狀和大小完全相同。