[发明专利]光模数转换芯片的级联调制器与射频集成电路异构封装

说明书

一种光模数转换芯片的级联调制器与射频集成电路异构封装，其特点在于包括由上至下依次设置的级联调制器芯片层、硅基板、介质布线层、射频集成电路、围框和盖板。本发明将级联级联调制器芯片、射频集成电路集成在同一模块内，集成度较高，性能稳定。同时，本发明在硅基板的正面集成级联调制器芯片，背面集成射频集成电路，通过馈电网络传输微波信号，大大减小了微波信号的传输损耗。

技术领域

本发明涉及微波光子集成，特别是一种光模数转换芯片的级联调制器与射频集成电路异构封装。

背景技术

随着光信号处理与转换、高分辨测量设备以及光信号质量检测等领域的不断发展，对模数转换技术的要求越来越高。由于传统电子技术遭遇“电子瓶颈”，进一步提升电子模数转换性能面临很大的挑战。光子模数转换技术(以下简称PADC)利用光子的高速、宽带的特点可以有效提升模数转换系统的性能，从而为新一代模数转换装置的发展提供了有效途径。随着PADC技术的不断发展，多种技术方案被提出，包括光学辅助的模数转换器、光采样电量化的模数转换器、电采样光量化的模数转换、光采样光量化的模数转换器及全光子模数转换器等。其中，光采样电量化的模数转换器同时兼顾光子学的大带宽、高精度以及成熟的电量化技术等优点，成为目前光电子领域的一大研究热门。目前主要有两种光采样电量化的模数转换器方案：

基于波分复用技术的光采样电量化的模数转换器方案(参见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)、基于时分复用技术(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)。基于波分复用技术的解复用结构简单，但随着对超高采样速率的需求不断增加，需要更多的系统通道数，并且波分复用装置引起的光谱不均一加重了系统的失配，从而增加了系统复杂度。随着高重复频率光脉冲产生技术和高速光开关技术的不断发展，通过对采样后的高速光脉冲序列进行多通道解复用，实现并行化的数据处理，能够降低后端电光转换和电ADC的带宽和速率的压力(参见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)。

基于高速光开关的PADC系统需要光模数转换装置采用高速率的脉冲激光器作为系统光源，通过高速光开关级联的方式对采样后的光脉冲序列进行多通道解复用，并通过并行的光电转换、并行电量化以及并行数据处理，最终实现高速率的光子模数转换。其中，用于采样与并行解复用的器件采用调制器拓扑结构；射频信号装置为调制器提供关键的驱动信号，其产生的信号质量是决定PADC系统性能的重要因素。另一方面，随着光电子集成技术的发展，调制器阵列与射频信号装置的小型化、轻型化和低功耗是其创新发展的必然趋势。

现有技术将调制器拓扑结构芯片与微波芯片分别单独封装，通过电缆连接，面临着体积略大、微波传输损耗大、连接不稳定等缺点。

发明内容

本发明的目的在于针对现有的技术不足，提出一种光模数转换芯片的级联调制器与射频集成电路异构封装。该系统通过TSV技术在高电阻率硅基板的单层双面同时集成调制器阵列和射频集成电路。这将大大减小调制器拓扑结构与射频信号装置的体积、降低微波传输损耗、减小时延，大大提高系统的稳定性。

本发明的技术方案如下：