设计并用低成本的0.5μm BCD(biplor,CMOS and DMOS)工艺实现了用于650nm塑料光纤(POF)通信的Si基单片集成光接收芯片,其中包含了与标准工艺兼容的大面积的叉指状的PIN结构的光电探测器(PD)、跨阻放大器(TIA)以及后端放大器(PA)。采用NI公司的图形化编程软件LabVIEW和硬件PXI并结合光学调整平台的测试方案对流片后的光接收芯片进行测试,结果表明,PD的暗电流为pA量级,响应度为0.25A/W,电容为4.4pF;对650nm的入射光,在180Mbit/s速率的伪随机二进制序列(PRBS)以及小于10-9的误码率(BER)条件下,测得光接收芯片的灵敏度为-14.6dBm,并能得到清晰的眼图,包括200μm×200μm的PD在内总的芯片面积0.9mm2,5V的电源下功耗为60mW。
研究了光电探测器(PD)的结构、性能以及后续放大电路,实现了塑料光纤通信的高速单片集成光接收芯片。首先,根据工艺流程和参数,采用器件模拟软件对PD结构进行了建模,并对其光谱响应度和结电容进行了理论推导及仿真。基于Cadence/spectre软件和仿真得到的PD参数对由跨阻放大器、限幅放大器和输出缓冲电路组成的后续放大电路进行了协同设计。采用0.5μm BCD(Bipolar,CMOS and DMOS)工艺对单个PD以及PD和后续放大电路单片集成电路进行了流片、封装和测试。结果表明:PD的光谱响应曲线的峰值波长和仿真结果较一致,约为700nm,PD结构更适合短波长探测;PD的结电容随着反向电压的增大而减小,结电容越大,光接收芯片的带宽越小;对于650nm的入射光,在小于10-9的误码率条件下,光接收机的灵敏度为-14dBm;最后得到了150Mb/s速率的清晰眼图。实验结果显示,设计的高速单片集成光接收机可以应用于百兆速率光纤入户通信系统。
