[发明专利]CMOS集成光接收器带宽扩展技术

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于CMOS集成光接收器带宽扩展技术，属于大规模集成电路设计技术领域。

背景技术

光接收器是光通讯中将接收到的光信号转换为电信号的装置。一般由光电探测器PD和跨阻放大器所组成，见图1。光电探测器可由光电二极管接反向偏压实现。光电二极管通常基于GaAs和InGaAs等化合物半导体，这类光电二极管对红外波长(850nm，1310nm和1550nm)有优异的响应，广泛用于电信网络。基于Si半导体的光电二极管可用于可见光(400nm-700nm)波段，适用于塑料光纤(POF)和无线可见光通讯(VLC)。其优点是成本低，并可以在普通CMOS工艺上实现，从而与跨阻放大器(TIA)集成为一颗芯片。CMOS集成光接收器把光电二极管PD和跨阻放大器TIA集成在同一CMOS芯片衬底上。省去了芯片之间的绑线(Bonding Wire)和封装，从而降低了成本，并提高了可靠性。见图2。但集成的光电二极管PD由于CMOS衬底中的参杂，使其寄生电容增加，带宽减小，限制了其应用。

发明内容

为了克服现有CMOS光电二极管的缺点，本发明提出了一种带宽扩展技术。如图3所示，即利用在PD和TIA输入中加入适当片上电感，来抵消了寄生电容的影响，使得集成光接收器的带宽得以增强。加入的电感有效利用了PD周边的面积，对芯片总面积的影响可降为最低。

本发明的具体技术方案如图4所示。图4上半部显示了芯片的鸟瞰图，下半部为抛面图。

光电二极管的PN结由扩散层n+和p-sub衬底构成。N well可置于n+和p-sub之间，增加对长波长的吸收。片上电感采用顶层金属平面结构，对于GHz带宽应用，片上电感值约5-10nH，其大小符合光电二极管的采光空间。因此可以环绕光电二极管PD的采光空间，这样可以减少占用的芯片面积。CMOS跨阻放大器TIA采用NMOS和PMOS及片上电阻组合而成，部分电感同时可作为PD和TIA之间的联线。

最后，以上结构的仿真模型可用SPICE建立。通过访真，可以得到所需电感的精确值。图5是仿真结果。