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A 4×112 Gb/s PAM-4 Silicon-Photonic Transmitter and Receiver Chipsets for Linear-Drive Co-Packaged Optics
IEEE Journal of Solid-State Circuits ( IF 4.6 ) Pub Date : 2024-08-12 , DOI: 10.1109/jssc.2024.3435378 Han Liu 1 , Zhihan Zhang 1 , Ye Liu 2 , Daigao Chen 2 , Donglai Lu 1 , Jian He 1 , Guike Li 1 , Min Liu 2 , Ziyue Dang 2 , Xi Xiao 2 , Nan Qi 1
IEEE Journal of Solid-State Circuits ( IF 4.6 ) Pub Date : 2024-08-12 , DOI: 10.1109/jssc.2024.3435378 Han Liu 1 , Zhihan Zhang 1 , Ye Liu 2 , Daigao Chen 2 , Donglai Lu 1 , Jian He 1 , Guike Li 1 , Min Liu 2 , Ziyue Dang 2 , Xi Xiao 2 , Nan Qi 1
Affiliation
A $4 {\times } 112$ Gb/s hybrid-integrated silicon photonic (SiPh) transmitter and receiver chipsets are presented for the linear-drive co-packaged optics (CPO). A quad-channel open-collector (OC) driver is co-designed with the arrayed traveling-wave (TW) Mach-Zehnder modulator (MZM) for high bandwidth (BW) and high efficiency. A second-order hybrid passive-active continuous-time linear equalizer (CTLE) is proposed to compensate for the nonlinear channel loss up to 12 dB. A linear trans-impedance amplifier (TIA) is proposed with a T-
$\pi $ input network and cascaded embedded CTLE, which boosts the BW while maintaining a flat in-band frequency response. Implemented in 180-nm SiGe BiCMOS, the driver and TIA are measured with over 35-GHz BW. The complete SiPh TRX is built by co-packaging both the driver with MZM and TIA with photodetector (PD). Experimental results show 112-Gb/s PAM-4 eyes of both the E-to-O modulation and O-to-E reception. The OTX achieves a 5-dB optical extinction ratio (ER) and 4.8-pJ/bit power efficiency, while the ORX achieves 67-dB
$\Omega $ trans-impedance and 2.95-pJ/bit power efficiency. To emulate CPO application, a compact-size evaluation board (EVB) is made, and four-channel tests are completed.
中文翻译:
用于线性驱动共封装光学器件的 4×112 Gb/s PAM-4 硅光子发射器和接收器芯片组
为线性驱动共封装光学器件 (CPO) 提供了价值 4 {\times } 112$ Gb/s 混合集成硅光子 (SiPh) 发射器和接收器芯片组。四通道开路集电极 (OC) 驱动器与阵列行波 (TW) 马赫-曾德调制器 (MZM) 共同设计,可实现高带宽 (BW) 和高效率。提出了一种二阶混合无源-有源连续时间线性均衡器(CTLE)来补偿高达 12 dB 的非线性信道损耗。提出了一种具有 T-$\pi$ 输入网络和级联嵌入式 CTLE 的线性跨阻放大器 (TIA),可提高带宽,同时保持平坦的带内频率响应。驱动器和 TIA 采用 180 nm SiGe BiCMOS 实现,使用超过 35 GHz 的带宽进行测量。完整的 SiPh TRX 是通过将驱动器与 MZM 以及 TIA 与光电探测器 (PD) 共同封装而构建的。实验结果显示 E-to-O 调制和 O-to-E 接收的 112-Gb/s PAM-4 眼图。 OTX 实现了 5 dB 光消光比 (ER) 和 4.8 pJ/位功率效率,而 ORX 实现了 67 dB Ω 互阻抗和 2.95 pJ/位功率效率。为了模拟CPO应用,制作了紧凑尺寸的评估板(EVB),并完成了四通道测试。
更新日期:2024-08-12
中文翻译:
用于线性驱动共封装光学器件的 4×112 Gb/s PAM-4 硅光子发射器和接收器芯片组
为线性驱动共封装光学器件 (CPO) 提供了价值 4 {\times } 112$ Gb/s 混合集成硅光子 (SiPh) 发射器和接收器芯片组。四通道开路集电极 (OC) 驱动器与阵列行波 (TW) 马赫-曾德调制器 (MZM) 共同设计,可实现高带宽 (BW) 和高效率。提出了一种二阶混合无源-有源连续时间线性均衡器(CTLE)来补偿高达 12 dB 的非线性信道损耗。提出了一种具有 T-$\pi$ 输入网络和级联嵌入式 CTLE 的线性跨阻放大器 (TIA),可提高带宽,同时保持平坦的带内频率响应。驱动器和 TIA 采用 180 nm SiGe BiCMOS 实现,使用超过 35 GHz 的带宽进行测量。完整的 SiPh TRX 是通过将驱动器与 MZM 以及 TIA 与光电探测器 (PD) 共同封装而构建的。实验结果显示 E-to-O 调制和 O-to-E 接收的 112-Gb/s PAM-4 眼图。 OTX 实现了 5 dB 光消光比 (ER) 和 4.8 pJ/位功率效率,而 ORX 实现了 67 dB Ω 互阻抗和 2.95 pJ/位功率效率。为了模拟CPO应用,制作了紧凑尺寸的评估板(EVB),并完成了四通道测试。