High-Sensitivity Optical Receiver Using Differential Photodiodes AC-Coupled with a Transimpedance Amplifier

跨阻放大器 光电二极管 材料科学 偏压 放大器 光电子学 直接耦合 差分放大器 电气工程 电压 物理 CMOS芯片 工程类
作者
Daisuke Okamoto,Hirohito Yamada
出处
期刊:IEICE Transactions on Electronics [Institute of Electronics, Information and Communication Engineers]
卷期号:E102.C (4): 380-387 被引量:6
标识
DOI:10.1587/transele.2018ecp5047
摘要

To address the bandwidth bottleneck that exists between LSI chips, we have proposed a novel, high-sensitivity receiver circuit for differential optical transmission on a silicon optical interposer. Both anodes and cathodes of the differential photodiodes (PDs) were designed to be connected to a transimpedance amplifier (TIA) through coupling capacitors. Reverse bias voltage was applied to each of the differential PDs through load resistance. The proposed receiver circuit achieved double the current signal amplitude of conventional differential receiver circuits. The frequency response of the receiver circuit was analyzed using its equivalent circuit, wherein the temperature dependence of the PD was implemented. The optimal load resistances of the PDs were determined to be 5kΩ by considering the tradeoff between the frequency response and bias voltage drop. A small dark current of the PD was important to reduce the voltage drop, but the bandwidth degradation was negligible if the dark current at room temperature was below 1µA. The proposed circuit achieved 3-dB bandwidths of 18.9 GHz at 25°C and 13.7 GHz at 85°C. Clear eye openings in the TIA output waveforms for 25-Gbps 27-1 pseudorandom binary sequence signals were obtained at both temperatures.

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