0.13μm CMOS 공정을 이용한 12.5Gb/s 광 수신기 및 광 변조기 드라이버 구현

Abstract

고속 통신 시대로 접어들면서, 장거리 통신에서만 사용하였던 광 통신 인터페이스를 칩과 칩 사이의 작은 거리에도 적용하여 고속에 대한 수요를 충족시키는 것이 현재 이슈가 되고 있다. 본 논문에서는 광 송, 수신기 전단회로를 설계하였다. 광 다이오드로부터 흘러오는 전류를 받아 증폭시키는 트랜스임피던스 증폭기(TIA), 제한증폭기(LA)를 설계하였고, 광 송신기에서는 광 다이오드를 작동시키는 드라이버를 설계하였다. 모든 회로는 0.13μm CMOS 공정에서 만들어졌다. 12.5Gb/s 에서 동작 가능한 TIA와 LA를 인덕터 없이 구현하여 기존의 광 수신기보다 면적이 훨씬 작다. 인덕터 대신 negative miller effect를 이용한 capacitive peaking 기법을 사용하여 대역폭을 늘릴 수 있었다. 입력 광 다이오드의 캡은 400fF로 가정하였을 때, TIA의 대역폭은 14.3GHz를 얻을 수 있었다. TIA와 LA의 전력 소모는 28mW이다. 광 송신기의 드라이버는 12.5Gb/s에서 동작 가능하다. 기본 공급 전압은 1.2V이지만, 2.2V 이상으로 광 소자를 드라이브 해야 하기 때문에 특별한 기법이 필요하다. 본 논문에서는 voltage shifting 기법을 이용하여 thin oxide devices만으로 이를 구현하였으며, 1.2pF의 큰 캡을 드라이브할 수 있다. 전력 소모는 300mW 이내이다.