CMOS工艺下高速光电接口接收机关键电路技术研究

Fiber communication has advantages of low signal attenuation and wide bandwidth. It has been widely used in the data center, community network or other similar areas. With the development of deep-submicron integrated circuits, CMOS technology has been qualified for realizing integrated optoelectronic transceivers. This project focuses on common key techniques in common in integrated high-speed optoelectronic receivers, covering (1) the study on highly integrated architecture of optoelectronic receivers, and design techniques of the optical/electrical mixed-signal system, (2) noise cancellation techniques for high-speed optoelectronic receivers, (3) the research of equalization techniques suitable for the compensation of the whole optical/electrical link, (4) the study on high-speed, low jitter, high jitter tolerance techniques for clock and data recovery, (5) the research for the realization of key modules in the optoelectronic receiver in the 65nm process. This project aims to solve the key techniques in CMOS optical receiver design, which establishes the foundation to realize practical optoelectronic transceivers in future.

光纤通信具备低衰减、高带宽的优点，在网络数据中心、高速社区网络等方面得到广泛应用。随着深亚微米集成电路的发展，CMOS工艺已经支持实现光电收发信机集成电路，但高达几十GHz的工作带宽使光电接收机的单片实现存在难度。本项目围绕CMOS工艺下光电接收机电路的关键共性技术进行以下研究：（1）便于集成的高速光电接收机架构和光电混合系统设计方法；（2）探讨高速光电接收机的降噪声技术；（3）研究适用于补偿整个光电信号通路带宽的均衡技术；（4）研究高速、低抖动、高噪声容忍度的时钟与数据恢复技术；（5）研究CMOS工艺下光电接收机集成电路模块的实现技术，采用65nm CMOS工艺实现光电接收机集成电路。该项目致力于解决CMOS工艺下光电接收机系统的关键电路技术问题，为实现实用的光电接收机系统奠定良好基础。

光通信的速度瓶颈目前在于电芯片，我国25G以上中高端芯片完全依赖进口。专用集成电路是互联的关键技术，它的缺失将严重滞后我国国防事业及高性能计算产业发展；同时，过度依赖进口将为我国核心计算技术安全埋下隐患。在电路设计方面，电芯片主要面临的两个技术挑战是速率和功耗。我国在配套集成电路方面研发能力严重落后，25G以上中高端芯片完全依赖进口，这极大阻碍了光子芯片的实用化，限制光模块的性能及成本控制，因此，在电芯片设计方面首要解决的技术挑战是速率的提升；其次，光模块的能耗和发热主要来自于与之封装集成的电芯片，后者的集成度和功耗将直接决定高密度数据中心的建设规模和运行成本，因此要实现低功耗光电接口，主要依靠实现低功耗的电芯片。.本项目围绕CMOS工艺下光电接收机电路的关键共性技术进行以下研究：（1）便于集成的高速光电接收机架构和光电混合系统设计方法；（2）探讨高速光电接收机的降噪声技术；（3）研究适用于补偿整个光电信号通路带宽的均衡技术；（4）研究高速、低抖动、高噪声容忍度的时钟与数据恢复技术；（5）研究CMOS工艺下光电接收机集成电路模块的实现技术，采用65nm CMOS工艺实现光电接收机集成电路。该项目致力于解决CMOS工艺下光电接收机系统的关键电路技术问题，为实现实用的光电接收机系统奠定良好基础。本项目将极大促进高速光电转换的深度融合式发展，从而极大推动国内高性能计算机、通用服务器和大规模数据中心产业的发展。预期通过该课题的研究，突破低功耗高速串行光电接口的若干关键技术，为推动我国国产高端芯片的研制奠定基础。..