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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:沈佳叡
論文名稱:10G-b/s光接收機轉阻放大器的設計
論文名稱(外文):A Design on 10G-b/s transimpedance amplifier for Optical Receiver
指導教授:龔正龔正引用關係
學位類別:碩士
校院名稱:國立清華大學
系所名稱:電子工程研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:96
中文關鍵詞:同步光纖網路轉阻放大器光接收機
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隨著網際網路的發達,使用者的日漸增多,對於網路中資料的傳輸量也隨之增加。同步光纖網路的提出,使得資料在傳輸時,可以藉由資料的混成,變成較高傳輸速度的訊號,以提升整個網路系統的傳輸速度。本篇論文主要針對同步光纖網路系統中,其接收端部份的前置放大器電路進行設計與模擬,期望可以達到OC-192的傳輸規格,也就是10G-b/s的傳輸速度。因此,電路將針對頻寬、轉阻增益,以及電路的穩定度加以模擬。並且利用較低成本的互補式金氧半製程技術來設計電路,以達到在低成本的情況下,也可以達到10G-b/s的高傳輸速度。另外亦將討論如何利用被動元件來改善電路的頻寬,以利於設計更高速度的轉阻放大電路。
電路設計上,不採用較常使用的三五化合物半導體製程,而利用成本較低的互補式金氧半製程來設計電路,其優點有三個:[14]
(A)、成本低:基於市場上的考量,利用互補式金氧半製程相對於三五族半導體製程有著便宜的製作成本以及封裝成本。因此對於設計一整個光纖通訊系統中的接收端時,在積體化的前提下,利用互補式金氧半製程有著較低的製作成本。
(B)、較低的消耗功率:在設計相同規格的電路時,互補式金氧半製程相對於三五化合物半導體,有著較小的電流密度。所以,互補式金氧半製程有著較小的功率消耗,這對設計較大的積體電路系統時,是一項非常重要的考量。
(C)、電路積體化容易:整個光通訊接收系統包含了前置的類比放大器以及後置的數位電路。而數位電路的設計又以使用互補式金氧半製程的電路表現是最好的。因此在整個接收端系統的整合,互補式金氧半製程比三五族半導體較佔優勢。
由於互補式金氧半製程在設計接收端系統有上述三個優點。所以本論文採用 的製程參數來設計前置放大器。而我們所要設計的電路主要是將接收到的光電流訊號轉變成電壓訊號來驅動下一級的電路。也就是我們必需設計一高頻寬的轉阻放大器來作這樣的訊號轉換。

With the growth of internet applications,the users are increased more and more,the volume of the data transported has increased with the same trend。As the SONET proposed,the transport rate will be increased by mixing data as higher speed signal。This thesis will focus on the design and simulation of the front end circuit in the optical receiver,so as to meet the specification of OC-192,as well as 10Gb/s transport rate。The simulation for the circuit will focus on the bandwidth、transimpedance gain、and stability。We will use CMOS process technology to design circuit,in order to meet the specifications of the 10Gb/s high speed transport rate with less cost。
Besides,we will discuss how to use passive device to increase the bandwidth of our circuit in order to design higher speed transimpedance amplifier。

目 錄
摘要(中)………………………………………………………………….1
摘要(英)………………………………………………………………….2
第一章、 簡介……………………………………………………………3
第二章、 同步光纖網路系統理論介紹…………………………………5
2-1、同步光纖網路系統基本架構………………………………….5
2-2、光纖收發機的基本架構與原理介紹………………………….6
第三章、轉阻放大器的分類與介紹…...……………………………...10
3-1、轉阻放大器的分類...…………………………………………10
3-2、CMOS轉阻放大器的設計分析與模擬……………………...12
3-2-1、簡介……………………………………………………….12
3-2-2、共源極轉阻放大器………………………………………14
3-2-3、改良式共源極轉阻放大器………………………………22
3-2-4、串接式共源極轉阻放大器……………………………….30
第四章、轉阻放大器頻寬的改善……………………………………...57
4-1、Inductor Peaking 的介紹…………………………………57
4-2、Gate Inductor Peaking……………………………………57
4-3、FeedBack Inductor Peaking……………………………... 60
4-4、Drain Inductor Peaking………………………………….. 62
4-5、結論與結果比較…………………………………………..65
第五章、10G-b/s轉阻放大器的設計與模擬…………………………75
5-1、簡介………………………………………………………..75
5-2、差動式轉阻放大器的計…………………………………..76
5-3、 差動式轉阻放大器的設計………………………..80
第六章、結論…………………………………………………………..92
Reference…………………………………………………………………….94

1、An Analysis of Inductive Peaking in Photoreceiver Design
James J. Morikuni,Sung-Mo Kang,IEEE 1992
2、Design and Analysis of a High-Sensitivity Optical Receiver for
SONET OC-12 Systems
Liang D.Tzeng,IEEE 1994
3、Integrated High Frequency Low-Noise Current-Mode Optical
Transimpedance Preamplifiers:Theory and Practice
Tongtod Vanisri,Chris Toumazou,IEEE 1995
4、On the Design of Low-Noise,Giga-hertz Bandwidth Preampli-
fiers for Optical Receiver Applications
Sung M.Park,C.Papavassiliou IEEE 1999
5、A 1-Gb/s,0.7-um CMOS Optical Receiver with Full Rail-to-
Rail Output Swing
Mark Ingels,Michel S.J.Steyaert IEEE 1999
6、Bandwidth Extension in CMOS with Optimized On-Chip
Inductors
Sunderarajan S.Mohan,Maria del Mar Hershenson,Stephen P.Boyd,Thomas H.Lee IEEE 2000
7、A 1 Ghz CMOS Transimpedance Amplifier for Chip-to-Chip
Optical Interconnects
N.Haealabidis,S.Katsafouros,G.Halkias IEEE 2000
8、High-sensitivity 1-Gb/s CMOS receiver integrated with a III-V
photodiode by wafer-bonding
Tatsushi Nakahara,hiroyuki Tsuda,Kouta Tateno,Noboru Ishihara,
Chikara Amano IEEE 2000
9、A Monolithically Integrated 1-Gb/s Optical Receiver in 1-um
CMOS Technology
H.Zimmermann,T.Heide IEEE 2001
10、A Si BiCMOS Transimpedance Amplifier for 10-Gb/s SONET
Receiver
Helen H.kim,S.Chandrasekhar,Charles A.Burrus,Jr,Jon Bauman
11、High-Speed CMOS Circuits For Optical Receivers
Jafar Savoj,Behzad Razavi
12、Compact Low-Voltage and High-Speed CMOS,BiCMOS and
Bipolar Operational Amplifiers
Klaas-Jan de Langen,Johan H.Huijsing
13、High Speed Optical Communications
R.Sabella,P.Lugli
14、Design of Analog CMOS Integrated Circuits
Behzad Razavi
15、Analysis and Desgin of Analog Integrated Circuits
Paul R.Gray,Robert G.Meyer
16、Electonic Circuit Analysis and Design
Donald A.Neamen
17、The Design of CMOS Radio-Frequency Integrated Circuits
Thomas H.Lee

QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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