技术领域
[0001] 本
发明涉及光纤通信技术领域，尤其涉及一种用于芯片间光互连的硅基高速全集成光接收机。
背景技术
[0002] 自上个世纪六十年代以来，硅集成
电路按照“摩尔定律”飞速发展，芯片的集成度每十八个月翻一番，各种集成度更高、功能更强、功耗更低的集成电路芯片极大改善和便利了人类的生活方式。微
电子已经广泛地应用于各种电子系统，对国民经济的发展、工业、科技和国防的进步起着至关重要的作用。硅集成电路的发展直接依赖于其最小加工尺寸的不断缩小，晶体管的特征尺寸从早期的10μm以上减小到目前的16nm甚至10nm。现有的物理加工尺度已进入到了纳米量级，即将达到物理加工的极限，难以通过进一步减小线宽来提高芯片集成度和性能。
[0003] 在光互连通信技术领域里，随着目前，光通信系统的传输速率从Mbps级和Gbps逐渐发展到Tbps级,核心骨干网络的速率平均1.5年增长一倍，明显快于I/O的处理速率。研制100Gb/s光互连芯片及模
块是当今通信领域一个极其重要的研究课题，对于我国信息化建设有着重大的战略与现实意义。
[0004] 目前，实现100Gb/s的光互连接收机方案主要采用多路并行4×25Gb/s的架构，集成方式主要分为混合集成与单片集成。混合集成的方式一般分为Wire bonding和Flip-chip bonding两种。采用Wire bonding将探测器和接收电路进行连接的方法工艺上较为简单，然而键合引线在高频下带来的寄生效应往往会恶化接收机的性能；采用Flip-chip bonding倒装焊是一种较好的混合封装方案。相比Wire-bonding的方式，倒装焊无需较长的引线，大大降低了互连线在高频下的寄生效应，而且更加紧凑。倒装焊技术主要的缺点是工艺复杂，成本高，要求低温和低
电阻的
焊料；而且探测器上的焊盘仍然会带来较大的分布参数。然而利用bonding来实现混合集成的技术在25Gb/s速率下已经陷入发展
瓶颈。因为在高频下插入损耗的问题显得尤为突出，特别是在封装时会产生严重的
信号反射从而引起阻抗失配。另外，采用混合集成方式时，外部环境的
电磁干扰对光接收机影响会加大，更容易引进外部环境的噪声，导致光接收机系统的灵敏度降低。所以现如今，混合封装技术已经渐渐满足不了高速信息与通信系统的要求。而未来要求光互连所能
支撑的数据传输速率要达到400Gb/s甚至更多，为了降低如此高速率传输系统的复杂度，提高光互连的容量和
密度，实现单片集成的优势就显现出来了，通过把
光电子芯片和集成电路芯片加工在同一衬底上：
(1)、能够有效减小因焊盘电容、键合线电感引起的寄生效应,从而提高带宽；(2)、能够减小因外部环境产生的电磁干扰，降低噪声，提高光接收机系统的灵敏度；(3)、相比于多芯片混合集成的封装方式，单片集成能够大大降低封装成本，有利于大规模生产。
[0005] 鉴于光互连技术的潜在优势和应用，100Gb/s及以上光互连芯片及模块是目前超高速光通信集成电路领域的一个热点而又前沿的研究课题。然而标准CMOS工艺和硅
光电子器件的制作工艺尚存在一些细微的兼容性问题，目前大部分的CMOS工艺厂商均无法实现二者的单片集成。SiGe是继Si和GaAs之后的一种重要的
半导体材料，与传统的Si基晶体管相比,基于SiGe
异质结晶体管技术的器件及电路具有更好的
频率及噪声特性，展现了良好的
微波高频段工作潜
力；而与GaAs、InP技术产品相比，SiGe异质结晶体管技术产品又具有成本低、导热性好等优点，特别是可与成熟的CMOS技术相兼容，生产灵活性更强。SiGe BiCMOS技术在CMOS(互补金属
氧化物半导体)工艺中嵌入SiGe HBT工艺，既有CMOS工艺低功耗，高集成的特点，又能够利用双极晶体管的高
电流驱
动能力；同时在频率和速度上超越CMOS工艺；另外在光电探测器结构设计上，利用SiGe HBT结构可以设计出垂直PIN光电探测器和垂直异质节光电晶体管(HPT),容易设计高性能的光电探测器，Ge成分的掺杂，也能在一定程度上提升探测器的性能。到了2015年，SiGe BiCMOS工艺在光电集成应用方面取得了巨大突破。0.25μm SiGe BiCMOS工艺有如下三大特点:(1)、所集成的
波导耦合的Ge型PIN光电探测器在－2V
偏压下的－3dB带宽能大于70GHz，
波长为1.55μm时光电响应度大于1A/W，
暗电流小于400nA；(2)、
异质结双极晶体管SiGe HBT的特征频率ft能达到240GHz，最大频率fmax能至290GHz；(3)、由于该SiGe BiCMOS工艺能够兼容CMOS工艺，因此光电无源器件，电光
调制器和CMOS电路可单片集成在一起。传统硅光(Silicon-on-Insulator SOI)工艺与高性能SiGe BiCMOS(Bulk-Silicon)工艺对衬底的要求根本不同，但通过局部SOI(Local-SOI)技术可以有效地缓解该问题。SiGe BiCMOS工艺制备在锗(Ge)层上，横向的PIN光电探测器选择性地生长在硅波导上，和SiGe HBT共享同一衬底，从而实现光电探测器与接收机前端电路的单片集成。
发明内容
[0006] 本发明要解决的技术问题在于针对
现有技术中的
缺陷，提供一种用于芯片间光互连的硅基高速全集成光接收机。
[0007] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0008] 本发明提供一种用于芯片间光互连的硅基高速全集成光接收机，包括四路25Gbps全集成光接收机；每路25Gbps全集成光接收机均包括光电探测器以及光接收机，用于接收并处理25Gbps的
光信号，实现共100Gbps的传输速率；其中：
[0009] 光电探测器，包括相互连接的光栅、波导、光电
二极管；光电探测器用于捕获微弱光脉冲信号进行光电转换，输出光电流IPD；
[0010] 光接收机，包括
跨阻放大器、Dummy电路、
限幅放大器、输出缓冲级、直流偏移消除电路；
限幅放大器采用改进型Cherry-Hooper结构，引入共轭极点，提高电路带宽；直流偏移消除电路包括低通
滤波器与高增益
运算放大器，消除直流电平的偏移；光接收机用于均衡放大从光电探测器得到的微弱
电信号，输入为从光电探测器输出的光电流IPD，输出为差分
电压信号VOUTN,VOUTP。
[0011] 进一步地，本发明的光电探测器中，光纤传输而来的光信号，由光栅捕获后，经过波导传输至光电二级管；光电探测器对在光波导内经过一定距离传输后的衰减和畸变的微弱光脉冲信号进行光电转换。
[0012] 进一步地，本发明的光接收机中：
[0013]
跨阻放大器用于处理光电探测器输出的光电流IPD，将其转换为电压信号并进行放大；
[0014] Dummy电路用于提供一个与跨阻放大器相同的直流电平，以提供伪差分的输入，实现单端信号向
差分信号的转换；
[0015] 限幅放大器用于处理跨阻放大器传输而来的电压信号，将其放大至可供数字电路处理的
水平；
[0016] 输出缓冲级作用是使得硅基高速全集成光接收机可以与后级的电路匹配；
[0017] 直流偏移消除电路的作用是输入端的直流偏移，使电路在输入电流在一定范围内变化时皆可正常工作，从而提高电路的动态范围。
[0018] 进一步地，本发明的跨阻放大器输入为光电流信号IPD与偏移消除电压信号Voffset，输出为电压信号VOUTN1；跨阻放大器负责将输入的电流信号转化为电压信号，并进行放大；其中：
[0019] 跨阻放大器电路包括晶体管Q1、晶体管Q2、晶体管M11以及电阻R1、电阻RF、电阻R2；偏移消除电压信号Voffset接至晶体管M11栅极，晶体管M11漏极与光电流信号IPD一同接至晶体管Q1基极，其源极接地；晶体管Q1集
电极接晶体管Q2基极同时接电阻R1到电压VCC，其发射极接地；晶体管Q2集电极接电压VCC，其基极同时为电压信号VOUTN1输出端，其发射极接电阻R2到地同时接反馈电阻RF到晶体管Q1基极。
[0020] 进一步地，本发明的Dummy电路输入为偏移消除电压信号Voffset，输出为电压信号VOUTP1，Dummy电路用于输出直流参考电压；其中：
[0021] Dummy电路包括晶体管Q3、晶体管Q4、晶体管M12以及电阻R3、电阻RF2、电阻R4；偏移消除电压信号Voffset接至晶体管M12栅极，晶体管M12漏极接晶体管Q3基极，其源极接地；晶体管Q3集电极接晶体管Q4基极同时接电阻R3到电压VCC，其发射极接地；晶体管Q4集电极接电压VCC，其基极同时为电压信号VOUTP1输出端，其发射极接电阻R4到地同时接反馈电阻RF2到晶体管Q3基极。
[0022] 进一步地，本发明的限幅放大器包括两级，其中：
[0023] 第一级限幅放大器包括晶体管Q5、晶体管Q6、晶体管Q7、晶体管Q8、晶体管Q9、晶体管Q10、晶体管Q11、晶体管Q12，电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻RF3、电阻RF4；晶体管Q5基极接入输入电压VOUTN1，集电极与电阻RF3和晶体管Q7的基极相连接，发射极与晶体管Q12的集电极、Q6的发射极相连；晶体管Q11、晶体管Q12作为尾电流向电路提供电流，发射极分别与电阻R9、电阻R10相连，集电极分别与晶体管Q7、晶体管Q8、晶体管Q5、晶体管Q6相连接；晶体管Q7、晶体管Q8的集电极分别与电阻R7、电阻R8相连；电阻R7、电阻R8的另一端与晶体管Q9、晶体管Q10、晶体管R5、晶体管R6相连接；电压VDD输入至电阻R5、电阻R6、晶体管Q9的集电极、晶体管Q10的集电极；晶体管Q9、晶体管Q10的发射极与反馈电阻RF3、电阻RF4线连接；输出VOUTP2由晶体管Q9的基极引出，输出VOUTN2由晶体管Q10的基极引出。
[0024] 进一步地，本发明的第二级限幅放大器为双端输入双端输出结构，输入分别为第一级限幅放大器输出端的正向电压信号VOUTP2与反向电压信号VOUTN2，输出分别为正向电压信号VOUTP3与反向电压信号VOUTN3；第二级限幅放大器用于限幅放大输入电压信号，使
输出电压信号在合适的动态范围之间，并拓展光接收机的带宽；第二级限幅放大器电路包括晶体管晶体管Q13、晶体管Q14、晶体管Q15、晶体管Q16、晶体管Q17、晶体管Q18、晶体管Q19、晶体管Q20以及电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻RF5、电阻RF6；其结构与第一级限幅放大器一致。
[0025] 进一步地，本发明的输出缓冲级为双端输入双端输出结构，输入分别为第二级限幅放大器输出端的正向电压信号VOUTP3与反向电压信号VOUTN3，输出分别为正向电压信号VOUTP与反向电压信号VOUTN；输出缓冲级负责调整输出电压信号，使输出电压信号达到合适的输出摆幅，并提供50Ω的输出电阻从而与后端电路进行阻抗匹配；其中：
[0026] 输出
缓冲器电路包括晶体管Q21、晶体管Q22、晶体管Q23、晶体管Q24以及电阻R17、电阻R18、电阻R19；输入正向电压信号VOUTP3接至晶体管Q22基极，晶体管Q22集电极接电阻R18到电压VDD，其集电极同时为电压信号VOUTN的输出端，输入反向电压信号VOUTN3接至晶体管Q21基极，晶体管Q21集电极接电阻R17到电压VDD，其集电极同时为电压信号VOUTP的输出端，电阻R19两端分别接晶体管Q21与晶体管Q22发射极，偏置电压VB1分别接至晶体管Q23与晶体管Q24基极，晶体管Q23与晶体管Q24集电极分别接晶体管Q21与晶体管Q22发射极，其发射极都接地。
[0027] 进一步地，本发明的直流偏移消除电路输入分别为第二级限幅放大器的正向电压信号VOUTP3与反向电压信号VOUTN3，输出为偏移消除电压信号Voffset；直流偏移消除电路负责消除电路产生的直流偏移；其中：
[0028] 直流偏移消除电路包括晶体管M1、晶体管M2、晶体管M3、晶体管M4、晶体管M5、晶体管M6、晶体管M7、晶体管M8、晶体管M9、晶体管M10以及电阻R20、电阻R21、电阻R22、电阻R23以及电容C1、电容C2、电容C3；输入电压信号VOUTN3与VOUTP3分别通过由电阻R20电容C1与电阻R21电容C2组成的
低通滤波器输入至晶体管M3与晶体管M4栅极，晶体管M1、晶体管M2、晶体管M3、晶体管M4、晶体管M5、晶体管M6与电阻R22组成运放，晶体管M3与晶体管M4栅极为运放的两个输入端，晶体管M3与晶体管M4漏极为运放的两个输出端，其分别接至晶体管M9与晶体管M10栅极，晶体管M7、晶体管M8、晶体管M9、晶体管M10组成
电流镜网络，晶体管M9与晶体管M10栅极为电流镜网络的两个输入端，电阻R23一端接晶体管M10与晶体管M8漏极，另一端接电容C3到地，同时，该端为偏移消除电压信号Voffset的输出端。
[0029] 本发明产生的有益效果是：本发明的用于芯片间光互连的硅基高速全集成光接收机，采用单片集成的方式实现了4×25Gbps共100Gbps的传输速率，有利于高速通信系统的研制；在纳米尺度下评估和检测了器件误差的来源和机理，为仿真提供了更加准确高效的模型；充分研究在高速高频工作环境下相邻期间之间及与硅衬底之间的电磁热耦合效应；采用了伪差分的结构，减小了噪声，使得光接收机的灵敏度特性大大提升；附加了直流偏移消除结构，提升灵敏度性能的同时，也提高了光接收机的动态范围；采用了电容简并技术，在保持高增益的同时提高了系统的带宽，保证了高速信号的传输；提供了较大的输出摆幅，有益于光接收机与其他
信号处理系统的适配。
附图说明
[0030] 下面将结合附图及
实施例对本发明作进一步说明，附图中：
[0031] 图1是本发明实施例用于芯片间光互连的硅基高速(4×25Gbps)全集成光接收机的原理
框图；
[0032] 图2(a)是本发明实施例用于芯片间光互连的硅基高速(4×25Gbps)全集成光接收机的电路原理图；
[0033] 图2(b)是本发明实施例用于芯片间光互连的硅基高速(4×25Gbps)全集成光接收机的电路原理图；
[0034] 图2(c)是本发明实施例用于芯片间光互连的硅基高速(4×25Gbps)全集成光接收机的电路原理图；
[0035] 图2(d)是本发明实施例用于芯片间光互连的硅基高速(4×25Gbps)全集成光接收机的电路原理图；
[0036] 图2(e)是本发明实施例用于芯片间光互连的硅基高速(4×25Gbps)全集成光接收机的电路原理图；
[0037] 图2(f)是本发明实施例用于芯片间光互连的硅基高速(4×25Gbps)全集成光接收机的电路原理图；
[0038] 图3是本发明实施例的单路增益-带宽仿真曲线；
[0039] 图4是本发明实施例在输入25Gbps伪随机信号时的单路输出眼图。
具体实施方式
[0040] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0041] 下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其它工艺的可应用性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接
接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。
[0042] 本发明的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“相连”“连接"应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于相关领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
[0043] 本发明实施例的用于芯片间光互连的硅基高速全集成光接收机，包括四路25Gbps全集成光接收机；每路25Gbps全集成光接收机均包括光电探测器以及光接收机，用于接收并处理25Gbps的光信号，实现共100Gbps的传输速率；其中：
[0044] 光电探测器，包括相互连接的光栅、波导、
光电二极管；光电探测器用于捕获微弱光脉冲信号进行光电转换，输出光电流IPD；
[0045] 光接收机，包括跨阻放大器、Dummy电路、限幅放大器、输出缓冲级、直流偏移消除电路；限幅放大器采用改进型Cherry-Hooper结构，引入共轭极点，提高电路带宽；直流偏移消除电路包括低通滤波器与高增益运算放大器，消除直流电平的偏移；光接收机用于均衡放大从光电探测器得到的微弱电信号，输入为从光电探测器输出的光电流IPD，输出为差分电压信号VOUTN,VOUTP。
[0046] 光电探测器中，光纤传输而来的光信号，由光栅捕获后，经过波导传输至光电二级管；光电探测器对在光波导内经过一定距离传输后的衰减和畸变的微弱光脉冲信号进行光电转换。
[0047] 光接收机中：
[0048] 跨阻放大器用于处理光电探测器输出的光电流IPD，将其转换为电压信号并进行放大；
[0049] Dummy电路用于提供一个与跨阻放大器相同的直流电平，以提供伪差分的输入，实现单端信号向差分信号的转换；
[0050] 限幅放大器用于处理跨阻放大器传输而来的电压信号，将其放大至可供数字电路处理的水平；
[0051] 输出缓冲级作用是使得硅基高速全集成光接收机可以与后级的电路匹配；
[0052] 直流偏移消除电路的作用是输入端的直流偏移，使电路在输入电流在一定范围内变化时皆可正常工作，从而提高电路的动态范围。
[0053] 跨阻放大器输入为光电流信号IPD与偏移消除电压信号Voffset，输出为电压信号VOUTN1；跨阻放大器负责将输入的电流信号转化为电压信号，并进行放大；其中：
[0054] 跨阻放大器电路包括晶体管Q1、晶体管Q2、晶体管M11以及电阻R1、电阻RF、电阻R2；偏移消除电压信号Voffset接至晶体管M11栅极，晶体管M11漏极与光电流信号IPD一同接至晶体管Q1基极，其源极接地；晶体管Q1集电极接晶体管Q2基极同时接电阻R1到电压VCC，其发射极接地；晶体管Q2集电极接电压VCC，其基极同时为电压信号VOUTN1输出端，其发射极接电阻R2到地同时接反馈电阻RF到晶体管Q1基极。
[0055] Dummy电路输入为偏移消除电压信号Voffset，输出为电压信号VOUTP1，Dummy电路用于输出直流参考电压；其中：
[0056] Dummy电路包括晶体管Q3、晶体管Q4、晶体管M12以及电阻R3、电阻RF2、电阻R4；偏移消除电压信号Voffset接至晶体管M12栅极，晶体管M12漏极接晶体管Q3基极，其源极接地；晶体管Q3集电极接晶体管Q4基极同时接电阻R3到电压VCC，其发射极接地；晶体管Q4集电极接电压VCC，其基极同时为电压信号VOUTP1输出端，其发射极接电阻R4到地同时接反馈电阻RF2到晶体管Q3基极。
[0057] 限幅放大器包括两级，其中：
[0058] 第一级限幅放大器包括晶体管Q5、晶体管Q6、晶体管Q7、晶体管Q8、晶体管Q9、晶体管Q10、晶体管Q11、晶体管Q12，电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻RF3、电阻RF4；晶体管Q5基极接入输入电压VOUTN1，集电极与电阻RF3和晶体管Q7的基极相连接，发射极与晶体管Q12的集电极、Q6的发射极相连；晶体管Q11、晶体管Q12作为尾电流向电路提供电流，发射极分别与电阻R9、电阻R10相连，集电极分别与晶体管Q7、晶体管Q8、晶体管Q5、晶体管Q6相连接；晶体管Q7、晶体管Q8的集电极分别与电阻R7、电阻R8相连；电阻R7、电阻R8的另一端与晶体管Q9、晶体管Q10、晶体管R5、晶体管R6相连接；电压VDD输入至电阻R5、电阻R6、晶体管Q9的集电极、晶体管Q10的集电极；晶体管Q9、晶体管Q10的发射极与反馈电阻RF3、电阻RF4线连接；输出VOUTP2由晶体管Q9的基极引出，输出VOUTN2由晶体管Q10的基极引出。
[0059] 第二级限幅放大器为双端输入双端输出结构，输入分别为第一级限幅放大器输出端的正向电压信号VOUTP2与反向电压信号VOUTN2，输出分别为正向电压信号VOUTP3与反向电压信号VOUTN3；第二级限幅放大器用于限幅放大输入电压信号，使输出电压信号在合适的动态范围之间，并拓展光接收机的带宽；第二级限幅放大器电路包括晶体管晶体管Q13、晶体管Q14、晶体管Q15、晶体管Q16、晶体管Q17、晶体管Q18、晶体管Q19、晶体管Q20以及电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻RF5、电阻RF6；其结构与第一级限幅放大器一致。
[0060] 输出缓冲级为双端输入双端输出结构，输入分别为第二级限幅放大器输出端的正向电压信号VOUTP3与反向电压信号VOUTN3，输出分别为正向电压信号VOUTP与反向电压信号VOUTN；输出缓冲级负责调整输出电压信号，使输出电压信号达到合适的输出摆幅，并提供50Ω的输出电阻从而与后端电路进行阻抗匹配；其中：
[0061] 输出缓冲器电路包括晶体管Q21、晶体管Q22、晶体管Q23、晶体管Q24以及电阻R17、电阻R18、电阻R19；输入正向电压信号VOUTP3接至晶体管Q22基极，晶体管Q22集电极接电阻R18到电压VDD，其集电极同时为电压信号VOUTN的输出端，输入反向电压信号VOUTN3接至晶体管Q21基极，晶体管Q21集电极接电阻R17到电压VDD，其集电极同时为电压信号VOUTP的输出端，电阻R19两端分别接晶体管Q21与晶体管Q22发射极，偏置电压VB1分别接至晶体管Q23与晶体管Q24基极，晶体管Q23与晶体管Q24集电极分别接晶体管Q21与晶体管Q22发射极，其发射极都接地。
[0062] 直流偏移消除电路输入分别为第二级限幅放大器的正向电压信号VOUTP3与反向电压信号VOUTN3，输出为偏移消除电压信号Voffset；直流偏移消除电路负责消除电路产生的直流偏移；其中：
[0063] 直流偏移消除电路包括晶体管M1、晶体管M2、晶体管M3、晶体管M4、晶体管M5、晶体管M6、晶体管M7、晶体管M8、晶体管M9、晶体管M10以及电阻R20、电阻R21、电阻R22、电阻R23以及电容C1、电容C2、电容C3；输入电压信号VOUTN3与VOUTP3分别通过由电阻R20电容C1与电阻R21电容C2组成的低通滤波器输入至晶体管M3与晶体管M4栅极，晶体管M1、晶体管M2、晶体管M3、晶体管M4、晶体管M5、晶体管M6与电阻R22组成运放，晶体管M3与晶体管M4栅极为运放的两个输入端，晶体管M3与晶体管M4漏极为运放的两个输出端，其分别接至晶体管M9与晶体管M10栅极，晶体管M7、晶体管M8、晶体管M9、晶体管M10组成电流镜网络，晶体管M9与晶体管M10栅极为电流镜网络的两个输入端，电阻R23一端接晶体管M10与晶体管M8漏极，另一端接电容C3到地，同时，该端为偏移消除电压信号Voffset的输出端。
[0064] 本实施例的工作原理如下：从光纤传输而来的光信号，由光电探测器的光栅捕获，而后经过波导传输至光电二极管处。当光电二极管被偏置在正常的工作状态时，可以将波导传输而来的光信号转化为电信号，之后输出至高速光接收机。高速光接收机接收到传输而来的光电流后，首先由跨阻放大器将其转换为电压信号，并以一定的倍数进行放大。经过放大后的电压信号，与Dummy的输出一同组成一组伪差分的信号输入至第一级限幅放大器；限幅放大器将伪差分的信号转化为差分信号后传输至第二级限幅放大器；第二级限幅放大器将差分信号进行一定的放大后输出至输出缓冲级进行输出。为了保证限幅放大器工作在正确的工作状态，使用直流偏移消除电路对跨阻放大器与Dummy的直流偏移进行消除。
[0065] 光电探测器作为高速全集成光接收机的第一级，其性能对于整体的性能都有着重要影响。通常，一个好的光电探测器需要有较高的响应度，较好的灵敏度以及较大的动态范围。跨阻放大器的主要作用是将电流信号转化为更易处理的电压信号，进行量纲的转换。另一方面，跨阻放大器在保证合足够带宽的同时，要对信号进行一定的放大，从而更易于后级电路的处理。Dummy电路与跨阻放大器电路一同提供一个伪差分信号，可以减小电源等因素产生的共模噪声，有效地减小了输入端的等效输入噪声电流，提高了光接收机的灵敏度特性，同时减小了由于内引线耦合产生的影响，从而提高了电路的
稳定性。两级限幅放大器均采用改进型的Chery-Hooper限幅放大器，采用射极跟随器作为反馈通路。限幅放大器的增益曲线在高频处有一个增益尖峰，用以补偿由于多级级联造成的带宽损失。直流偏移消除电路由于处理的是直流电平信号，所以在输入和输出端口都有一个低通滤波器以防止对光接收机的性能产生影响。对于输入的信号，直流偏移消除电路利用高增益运算放大器组成反馈通路，降低低频信号的增益，回馈到光接收机的输入端，从而消除直流偏移。输出缓冲电路的作用是与后级的50Ω匹配。
[0066] 如图3示，本实施例光接收机的增益、带宽仿真曲线。光接收机的低频增益为67.23dB，带宽为26.88GHz。
[0067] 如图4所示，本实施例光接收机在输入25Gbps伪随机信号时输出眼图结果。光接收机的摆幅可达800mV。眼图眼睛张开度大，眼皮较薄，整体形状较好。
[0068] 应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附
权利要求的保护范围。
