高速率、高摆幅的CMOS光接收机模拟前端电路设计

作者：周高磊; 毛陆虹; 谢生^*; 宋瑞良; 魏恒

来源：天津大学学报 (自然科学与工程技术版), 2021, 54(11): 1187-1193.

• CMOS
• 光接收机
• 反馈增强
• 电感峰化
• 有源反馈

设计了一款传输速率为25 Gb/s的高输出摆幅CMOS光接收机模拟前端电路.该模拟前端电路包含跨阻放大器、限幅放大器、输出缓冲器以及单端转差分和直流偏移消除模块.其中,跨阻放大器设计中采用反馈增强技术降低输入阻抗,同时应用电感峰化技术消除输入端大电容的影响,从而降低了输入端极点的频率,提升了跨阻放大器的带宽.三级互补型有源反馈限幅放大器在使用有源反馈技术扩展带宽的同时,利用互补型有源反馈结构极点分裂的特性,消除了多级级联引起峰化增益,从而获得更加平坦的幅频增益.相比于交错有源反馈限幅放大器其结构更为简单,信号线之间的串扰明显减小.而单端转差分电路使得该模拟前端电路输出信号呈现全差分特性,提升了低供电电压CMOS工艺电路的输出摆幅.单端转差分电路可以同时实现直流偏移消除功能,节省了芯片的面积,提升电路集成度.该高速光接收机模拟前端电路基于SMIC 55 nm CMOS工艺设计与仿真,版图面积为830μm×850μm.仿真结果表明:该光接收机模拟前端电路在输入端等效电容为150 fF的条件下,-3 dB带宽为24.3 GHz,跨阻增益为77.4 dBΩ,在此传输带宽内输入、输出反馈系数s11、s22均小于-10 dB;供电电压为1.2 V的情况下,差分输出电压摆幅可达400 m V;数据传输速率为25 Gb/s时,该接收机模拟前端电路功耗为57.6 m W.

• 单位
  中国电子科技集团第五十四研究所; 天津大学