10Gbps CMOS 트랜스임피던스 증폭기 및 광변조기 구동회로 설계

Abstract

본 논문에서는 0.13um 과 0.18um의 CMOS 공정을 사용하여 10Gbps TIA(Transimpedance Amplifier)를 설계하였다. 또한 0.18um CMOS 공정을 사용하여 실리콘 포토닉스에 사용될 광변조기 구동 회로를 설계 하였다. 본 논문에서 설계한 트랜스임피던스 증폭기는 0.18um의 공정을 사용한 경우에 일반적인 RGC(Regulated Cascode) 입력단과 RSF(Resistive Shunt Feedback) 출력단으로 구성되었으며, 0.2pF의 광다이오드 커패시턴스에 대하여 51.3 dBΩ의 트랜스임피던스 이득, 7.15 GHz의 대역폭 그리고 1.95uA의 입력 RMS 노이즈 전류를 얻었고 1.8V 전원 전압에서 11.8mW의 전력을 소비하였다. 또한 0.13um의 공정을 사용한 경우에는 전원 전압이 1.2V이기 때문에 개선된 RGC 입력단과 RSF 출력단로 구성되었으며, 0.2pF의 광다이오드 커패시턴스에 대하여 53.8 dBΩ의 트랜스임피던스 이득, 9.1 GHz의 대역폭 그리고 2.56uA의 입력 RMS 노이즈 전류를 얻었고 1.2V의 전원 전압에서 8.4mW의 전력을 소비하였다. 본 논문에서 설계한 모듈레이터 드라이버는 실리콘 포토닉스를 위한 MZI 타입의 광변조기를 1.25Gbps로 구동시키는 인버터 형태이다. 모듈레이터와 모듈레이터 드라이버는 본딩와이어로 연결한 구조를 고려하여 설계하였으며, 1.8V의 전원 전압에서 최대 5.4mW의 평균전력을 소비한다.; This paper describes the design of a transimpedance amplifiers(TIA) and optical modulator driver for Si photonics communication system. The TIAs exploit the conventional regulated cascode (RGC) configuration for 0.18-um CMOS process and the modified regulated cascode (RGC) configuration for 0.13-um CMOS process. The conventional RGC TIA circuit consumes 12.1 mW from 1.8-V supply and the simulation results show a transimpedance gain of 51.8dBΩ and a bandwidth of 7.15 GHz without inductive peaking. The modified RGC TIA circuit consumes 8.4 mW from 1.2-V supply and the simulation results show a transimpedance gain of 53.8dBΩ and a bandwidth of 9.1 GHz without inductive peaking. And a 1.25 Gbps modulator driver for Si photonics communication system is developed using 0.18um CMOS technology. The optical modulator is a MZI optical modulator using pn-diode in each arm. Using a output stage utilizing modified inverter structure, good device characteristics as well as low power operation was obtained.