光接收組件模塊中的3D微波電路設(shè)計(jì)

  近期，中國科學(xué)院半導(dǎo)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(gè)通道的-3 dB帶寬均高達(dá)20 GHz。這一結(jié)果拓展了人們對混合集成技術(shù)的了解。

  隨著超大規(guī)模互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心流量的快速增長，內(nèi)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(luò)中心的空間有限，為增加通信系統(tǒng)中線卡的端口密度，內(nèi)部光收發(fā)模塊需要具有小型化的特點(diǎn)。考慮到目前芯片制作工藝的成熟度，通常采用混合集成技術(shù)將各個(gè)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(luò)兩部分，偏置網(wǎng)絡(luò)中需要配很多電容和電阻。如果將射頻電路和偏置網(wǎng)絡(luò)都在一塊電路板上實(shí)現(xiàn)，將很容易引起電信號的串?dāng)_和失真。

  為了克服這個(gè)缺點(diǎn)，由中國科學(xué)院半導(dǎo)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(jìn)行隔離，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了小型化封裝。

集成小型化接收模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

  這項(xiàng)工作的價(jià)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(jié)果和實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果擬合度很好。所研制的探測器接收模塊每個(gè)通道的-3 dB帶寬均高達(dá)20 GHz。

  這一結(jié)果拓展了人們對混合集成技術(shù)的了解。相關(guān)研究結(jié)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(tuán)隊(duì)的劉建國研究員認(rèn)為：“該模塊不僅可以用于4×25 Gb/s 非歸零碼(NRZ)調(diào)制傳輸，還可用于許多RF傳輸系統(tǒng)，如遠(yuǎn)程天線、衛(wèi)星天線、安全加密通信等。此外，它還可以應(yīng)用于雷達(dá)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全波段雷達(dá)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(yīng)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(tuán)隊(duì)將重點(diǎn)關(guān)注探測器芯片與其他功能芯片比如半導(dǎo)體光放大器(SOA)芯片、跨阻放大器(TIA芯片)等芯片的集成，實(shí)現(xiàn)多功能器件的開發(fā)。

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