gbps cmos光接收机前置放大器设计与仿真-design and simulation of preamplifier for gbps cmos optical receiver.docx

摘要随着科学技术的发展和社会的进步以及信息量的不断增加，人们对信息处理速度的要求也越来越高，这就对通信系统提出了更加严格的要求。近年来，光纤通信系统以其容量大、损耗低、安全性高等突出优点，得到了十分迅速的发展。特别是如何利用已经十分成熟的标准CMOS工艺集成高速光纤传输系统，已然成为当今世界研究的热门话题。在光纤传输系统中，光接收机系统是其不可或缺的一部分，而前置放大器模块又在光接收机系统中占有重要的地位。因此，本文对标准CMOS工艺下的光接收机前置放大器作了一定的研究，并设计了一个可用于2.5Gbps速率传输系统的高带宽跨阻前置放大器,并在满足电路高带宽要求的基础上尽可能地提高放大器的增益，降低放大器噪声。本文设计的光接收机前置放大器电路主要由RGC跨阻放大器、单端转差分以及AGC电路三个部分组成。其中，RGC跨阻放大器模块主要负责将电流脉冲信号转换放大为可供后级电路使用的电压信号，并引入了RGC结构作为放大器的输入缓冲级以有效地隔离光电检测器寄生电容对放大器的影响。同时，还使用了有源电感峰化技术以进一步提高电路的带宽。电路中使用的源跟随器是为了隔离放大器大输出阻抗对反馈电阻的影响。单端转差分模块主要负责将放大器的单端输出信号转换为适合后级放大电路所需的差分输入信号，为了进一步拓展带宽，引入了容性退化技术，同时为了与片外电路具有良好的阻抗匹配，还在单端转差分电路之后接了一个具有50Ω阻抗匹配的输出缓冲级。AGC电路模块主要负责可调式地控制输出信号范围，使输出电压信号幅度基本保持不变。仿真结果显示，本文设计跨阻放大器的带宽为2.34GHz,跨阻增益可达75.6dBΩ，等效噪声电流谱密度仅为9.68pA/sqrt(Hz)。论文最后介绍了版图设计时的一些规则和技巧以及需要考虑的因素，并给出了电路的最终版图设计。关键词：标准CMOS工艺光接收机RGC跨阻放大器带宽拓展AbstractWiththedevelopmentofscienceandtechnologyandtheprogressofthesociety, theamountofinformationisalsoincreasingcontinuously;therequirementstothe speedintheinformationprocessingofpeople’sarealsohigherandhigher,sothese givethecommunicationsystemmuchmorestrictrequirements.Duringtheseyears, opticalfibercommunicationsystem,withgreatadvantagesofitscapacity,lossand security,hasgotveryfastdevelopment.Especially,theproblemofhowtousethe standardCMOStechnologytointegratethehigh-speedopticalfibertransmission system has become thehot topic of theresearch inthe world today.Intheopticalfibertransmissionsystem,theopticalreceiversystemisan indispensablecomponent,andthemoduleofpre-amplifierisanimportantpartofthe opticalreceiversystem.Therefore,thispapermakessomeresearchabouttheoptical receiverpre-amplifierbasedonthestandardCMOStechnology,anddesignsa transimpedancepre-amplifierwithwiderbandwidthwhichcanbeusedfor2.5Gbps transmissionsystem.Atthesametime,thispaperincreasestheamplifiergainaslarge as possible after the requirement ofwidebandwidth is met.Theopticalreceiverpre-amplifiercircuitdesignedinthispapermainlyincludes threepartssuchastheRGCtransimpedanceamplifier,single-endedoutputto differentialoutput