光接收組件模塊中的3D微波電路設計

  近期，中國科學院半導體研究所劉建國研究員課題組研制出小型化探測器接收模塊每個通道的-3 dB帶寬均高達20 GHz。這一結果拓展了人們對混合集成技術的了解。

  隨著超大規(guī)?；ヂ?lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心流量的快速增長，內部數(shù)據(jù)中心對100 G高速光模塊提出了很高的要求。

  由于高端口密度線卡數(shù)據(jù)網(wǎng)絡中心的空間有限，為增加通信系統(tǒng)中線卡的端口密度，內部光收發(fā)模塊需要具有小型化的特點?？紤]到目前芯片制作工藝的成熟度，通常采用混合集成技術將各個功能器件組裝在超緊湊的管殼中，以確保器件的良率。

  對于光接收組件(ROSA)模塊的封裝過程，其微波電路通常包含射頻電路和偏置網(wǎng)絡兩部分，偏置網(wǎng)絡中需要配很多電容和電阻。如果將射頻電路和偏置網(wǎng)絡都在一塊電路板上實現(xiàn)，將很容易引起電信號的串擾和失真。

  為了克服這個缺點，由中國科學院半導體研究所劉建國研究員課題組提出了一種3D微波電路，它將射頻(RF)信號和偏置電壓在物理空間上進行隔離，同時也實現(xiàn)了小型化封裝。

集成小型化接收模塊內部結構圖

  這項工作的價值在于建立了接收模塊的分布式小信號等效電路模型，并分析了封裝過程中寄生參數(shù)的影響，模型的仿真結果和實驗測量結果擬合度很好。所研制的探測器接收模塊每個通道的-3 dB帶寬均高達20 GHz。

  這一結果拓展了人們對混合集成技術的了解。相關研究結果以“Ultra-compact four-lane hybrid-integrated ROSA based on three-dimensional microwave circuit design”為題發(fā)表于Chinese Optics Letters 2019年第17卷第3期。

  該團隊的劉建國研究員認為：“該模塊不僅可以用于4×25 Gb/s 非歸零碼(NRZ)調制傳輸，還可用于許多RF傳輸系統(tǒng)，如遠程天線、衛(wèi)星天線、安全加密通信等。此外，它還可以應用于雷達系統(tǒng)，實現(xiàn)全波段雷達檢測”。

  隨著探測器在光載無線通信(ROF)系統(tǒng)和數(shù)字中心系統(tǒng)中多方面的應用，探測器模塊將向高功率輸出，高信噪比、小型化、集成化和低功耗方向發(fā)展。接下來，該研究團隊將重點關注探測器芯片與其他功能芯片比如半導體光放大器(SOA)芯片、跨阻放大器(TIA芯片)等芯片的集成，實現(xiàn)多功能器件的開發(fā)。

  論文鏈接

  https://www.osapublishing.org/col/abstract.cfm?uri=col-17-3-030401