[發明專利]光模數轉換芯片的級聯調制器與射頻集成電路異構封裝

有效

• 申請號: 201910656165.7
• 申請日: 2019-07-19
• 公開（公告）號: CN110518005B
• 公開（公告）日: 2022-01-28
• 發明（設計）人: 鄒衛文;李俊燕;李杏;于磊;陳建平
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H01L25/16
• 分類號: H01L25/16;H01L23/48;H01L23/31;G02B6/12;G02B6/42;H04B10/40;H04B10/516
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

一種光模數轉換芯片的級聯調制器與射頻集成電路異構封裝，其特點在于包括由上至下依次設置的級聯調制器芯片層、硅基板、介質布線層、射頻集成電路、圍框和蓋板。本發明將級聯級聯調制器芯片、射頻集成電路集成在同一模塊內，集成度較高，性能穩定。同時，本發明在硅基板的正面集成級聯調制器芯片，背面集成射頻集成電路，通過饋電網絡傳輸微波信號，大大減小了微波信號的傳輸損耗。

技術領域

本發明涉及微波光子集成，特別是一種光模數轉換芯片的級聯調制器與射頻集成電路異構封裝。

背景技術

隨著光信號處理與轉換、高分辨測量設備以及光信號質量檢測等領域的不斷發展，對模數轉換技術的要求越來越高。由于傳統電子技術遭遇“電子瓶頸”，進一步提升電子模數轉換性能面臨很大的挑戰。光子模數轉換技術(以下簡稱PADC)利用光子的高速、寬帶的特點可以有效提升模數轉換系統的性能，從而為新一代模數轉換裝置的發展提供了有效途徑。隨著PADC技術的不斷發展，多種技術方案被提出，包括光學輔助的模數轉換器、光采樣電量化的模數轉換器、電采樣光量化的模數轉換、光采樣光量化的模數轉換器及全光子模數轉換器等。其中，光采樣電量化的模數轉換器同時兼顧光子學的大帶寬、高精度以及成熟的電量化技術等優點，成為目前光電子領域的一大研究熱門。目前主要有兩種光采樣電量化的模數轉換器方案：

基于波分復用技術的光采樣電量化的模數轉換器方案(參見T.R.Clark,J.U.Kangand R.D.Esman,“Performance of a time andwavelengthinterleaved photonicsampler for analog-digital conversion,”IEEE Photon.Tech.Lett.,vol.11,1168～1169,1999)、基于時分復用技術(A.Yariv and R.G.M.P.Koumans et al.,“Timeinterleaved optical sampling forultra-high speed A/D conversion,”ElectronicsLetters,34(21):2012-2013,1998)?；诓ǚ謴陀眉夹g的解復用結構簡單，但隨著對超高采樣速率的需求不斷增加，需要更多的系統通道數，并且波分復用裝置引起的光譜不均一加重了系統的失配，從而增加了系統復雜度。隨著高重復頻率光脈沖產生技術和高速光開關技術的不斷發展，通過對采樣后的高速光脈沖序列進行多通道解復用，實現并行化的數據處理，能夠降低后端電光轉換和電ADC的帶寬和速率的壓力(參見G.Yang,W.Zou,L.Yu,and J.Chen,“Influence of the sampling clock pulse shape mismatch on channel-interleaved photonic analog-to-digital conversion,”Opt.Lett.43(15):3530-3533,2018)。

基于高速光開關的PADC系統需要光模數轉換裝置采用高速率的脈沖激光器作為系統光源，通過高速光開關級聯的方式對采樣后的光脈沖序列進行多通道解復用，并通過并行的光電轉換、并行電量化以及并行數據處理，最終實現高速率的光子模數轉換。其中，用于采樣與并行解復用的器件采用調制器拓撲結構；射頻信號裝置為調制器提供關鍵的驅動信號，其產生的信號質量是決定PADC系統性能的重要因素。另一方面，隨著光電子集成技術的發展，調制器陣列與射頻信號裝置的小型化、輕型化和低功耗是其創新發展的必然趨勢。

現有技術將調制器拓撲結構芯片與微波芯片分別單獨封裝，通過電纜連接，面臨著體積略大、微波傳輸損耗大、連接不穩定等缺點。

發明內容

本發明的目的在于針對現有的技術不足，提出一種光模數轉換芯片的級聯調制器與射頻集成電路異構封裝。該系統通過TSV技術在高電阻率硅基板的單層雙面同時集成調制器陣列和射頻集成電路。這將大大減小調制器拓撲結構與射頻信號裝置的體積、降低微波傳輸損耗、減小時延，大大提高系統的穩定性。

本發明的技術方案如下：