基于部分碼元延遲FFE的50-112Gb/s PAM-4發射機
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具有數字輔助分布驅動器和集成CDR的50Gb/s PAM4硅光子發射機

2021-01-12

 

移動互聯網和云計算帶來不斷增長的大數據需求,而超大規模數據中心和高性能計算機依賴光互連硬件的支撐。應對光模塊對于高帶寬、小尺寸和高密度的要求,其核心光電收發芯片的發展趨勢是低功耗和高集成度。硅基光電子在CMOS兼容工藝中集成高速電路、光路和光電器件,特別是基于新結構硅光子器件協同設計高速CMOS電路,可有效提升帶寬密度和能耗效率。

中國科學院半導體研究所祁楠團隊,聯合武漢國家信息光電子創新中心肖希團隊,設計并展示了一款高速硅光通信發射機芯片,通過平面鍵合形式將CMOS驅動與硅光調制器芯片集成,實現了PAM4調制下單波長50Gb/s的光信號輸出。該項工作針對2:1雙段式硅光行波調制器協同設計,創新的提出分布式限幅驅動和數字時鐘門控的電光匹配技術;將PAM4多幅值調制從電子域轉移到光子域,克服了CMOS電路電壓擺幅低、模擬線性度差的難題。該芯片還集成25 GBaud/s PAM4 CDR,恢復數據并優化抖動性能。經測試,驅動芯片在25 Gb/s實現差分4VPP擺幅電壓輸出,均方根抖動小于1.4 ps;光電集成后,發射機實現50 Gb/s清晰光眼圖輸出,并充分消除因電光失配帶來的PAM4眼圖失真。

圖1. 硅光集成發射機芯片照片。

圖2. 芯片照片及實測50Gb/s PAM4光眼圖。

該研究成果在2020年5月以“A 50-Gb/s PAM4 Si-Photonic Transmitter With Digital-Assisted Distributed Driver and Integrated CDR in 40-nm CMOS”為題發表在IEEE Journal of Solid-State Cirsuits (JSSC)上。論文第一作者為博士研究生廖啟文,祁楠研究員為通訊作者。

論文鏈接:https://ieeexplore.ieee.org/document/8974442



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