CMOS中高速25Gb / s激光驱动器中信号反射抑制的设计技术

在当前大数据和云计算的快速发展背景下，对于具有更高数据传输率和更低成本的下一代光互连技术的需求日益增长。这些未来的光电子系统将需要在光子器件与电子电路（如跨阻放大器和激光驱动器）之间实现更高水平的单片集成。 为了实现这一目标，研究者们在CMOS高速25Gb/s激光驱动器设计中提出了抑制信号反射的技术。信号反射，特别是由于激光器阻抗不匹配导致的反射能量问题，是高速激光驱动器设计中的一大难题。这不仅影响了高速信号的传输质量，而且还能导致数据传输中的不稳定性。 为了解决这一问题，研究者们提出并应用了两种主要技术：主动背端终止（Active Back Termination，ABT）和电容耦合预加重（Capacitively Coupled Pre-emphasis，CCPE）。主动背端终止技术利用一种特殊的电路配置来吸收由激光器阻抗不匹配引起的反射能量。而电容耦合预加重技术则被提出用于抵消由键合线反射引起的瞬态过冲现象。 为了评估这些技术的有效性，研究者们在65nm的标准工艺中设计和制造了两款25Gb/s的CMOS激光驱动器，并进行了实验。结果显示，当启用ABT或CCPE技术时，两款驱动器均能展示出清晰的25.78Gb/s光眼图（opticaleye-diagram）以及超过4dB的消光比，并且在抖动性能上有了显著的改善。 此外，文章还提到了直接调制的分布式反馈（Distributed Feedback，DFB）激光器在数据中心内部应用中的一些技术挑战，尤其是在高电流驱动下的带宽以及由于激光器阻抗不匹配而引起的较大反射问题。尽管直接调制的DFB激光器在高光功率偏置下被用于数据中心应用，但它们与多模式光纤（MMF）垂直腔表面发射激光器（VCSEL）相比，存在若干设计挑战。 文章还展望了未来的光互连技术，如100GBASE-LR4标准，它已被宣布为高速云数据流量的有前景的解决方案。这是因为100GBASE-LR4标准能够利用1310nm波长的激光通过单模光纤（SMF）在2-10公里的距离内进行数据传输，这对于云数据中心内部通信是非常关键的。 整合光电子和CMOS处理技术以制造激光驱动器，特别是针对100GBASE-LR4等先进标准，是当前工程实践和未来研究的热点。文章讨论的技术对于推动光电子集成的发展以及解决高速激光驱动器设计中的反射问题提供了新的视角和方法。 简而言之，这篇研究论文详细介绍了在CMOS高速激光驱动器设计中采用的两种信号反射抑制技术，并通过实际的设计和测试验证了这些技术的有效性，这对于未来高速光互连技术的发展具有重要的指导意义。