Published April 24, 2020 | Version v1
Publication Open

Co-design of a differential transimpedance amplifier and balanced photodetector for a sub-pJ/bit silicon photonics receiver

Creators

  • 1. University of Southampton
  • 2. Peking University

Description

This paper presents the design and implementation of a fully differential optical receiver, which is aimed for short reach intensity modulation and direct detection (IMDD) transceiver links. A Si-Ge balanced photodetector (PD) has been co-designed and packaged with a novel differential transimpedance amplifier (TIA). The TIA design is realized with a standard 28 nm CMOS process and operates with a standard digital supply (1V). Without using any equalization or DSP techniques, the proposed receiver can operate up to 54 Gb/s with a BER less than the KP4 limit (2.2×10 −4 ) under an optical modulation amplitude (OMA) of -8.6 dBm, while the power efficiency has been optimized to 0.55 pJ/bit (0.98 pJ/bit if output buffer is included).

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تعرض هذه الورقة تصميم وتنفيذ جهاز استقبال بصري تفاضلي بالكامل، والذي يهدف إلى تعديل شدة الوصول القصير وروابط جهاز الإرسال والاستقبال للكشف المباشر (IMDD). تم تصميم الكاشف الضوئي المتوازن Si - Ge (PD) بشكل مشترك وتعبئته بمضخم معاوقة تفاضلية جديد (TIA). يتم تحقيق تصميم TIA من خلال عملية CMOS قياسية 28 نانومتر ويعمل بإمداد رقمي قياسي (1 فولت). دون استخدام أي معادلة أو تقنيات معالجة البيانات، يمكن لجهاز الاستقبال المقترح أن يعمل حتى 54 جيجابت/ثانية مع أقل من حد KP4 (2.2×10 −4 ) تحت سعة التضمين البصري (OMA) البالغة -8.6 ديسيبل، في حين تم تحسين كفاءة الطاقة إلى 0.55 بيكو جول/بت (0.98 بيكو جول/بت إذا تم تضمين المخزن المؤقت للإخراج).

Translated Description (French)

Cet article présente la conception et la mise en œuvre d'un récepteur optique entièrement différentiel, destiné aux liaisons d'émetteurs-récepteurs à modulation d'intensité à courte portée et à détection directe (IMDD). Un photodétecteur (PD) équilibré Si-Ge a été co-conçu et emballé avec un nouvel amplificateur transimpédance différentiel (TIA). La conception TIA est réalisée avec un processus CMOS standard de 28 nm et fonctionne avec une alimentation numérique standard (1V). Sans utiliser de techniques d'égalisation ou de DSP, le récepteur proposé peut fonctionner jusqu'à 54 Gb/s avec un BER inférieur à la limite KP4 (2,2×10 −4 ) sous une amplitude de modulation optique (OMA) de -8,6 dBm, tandis que l'efficacité énergétique a été optimisée à 0,55 pJ/bit (0,98 pJ/bit si le tampon de sortie est inclus).

Translated Description (Spanish)

Este documento presenta el diseño e implementación de un receptor óptico totalmente diferencial, que está dirigido a enlaces transceptores de modulación de intensidad de corto alcance y detección directa (IMDD). Un fotodetector equilibrado (PD) de Si-Ge ha sido codiseñado y empaquetado con un novedoso amplificador de transimpedancia diferencial (TIA). El diseño TIA se realiza con un proceso CMOS estándar de 28 nm y funciona con una alimentación digital estándar (1V). Sin utilizar ninguna técnica de ecualización o DSP, el receptor propuesto puede operar hasta 54 Gb/s con una BER menor que el límite KP4 (2.2×10 −4 ) bajo una amplitud de modulación óptica (OMA) de -8.6 dBm, mientras que la eficiencia energética se ha optimizado a 0.55 pJ/bit (0.98 pJ/bit si se incluye el búfer de salida).

Files

oe_28_9_14038.pdf.pdf

Files (6.2 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:fb9e8e152131fa4e1d5aec362e23f933
6.2 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
التصميم المشترك لمضخم المعاوقة التفاضلية وكاشف ضوئي متوازن لجهاز استقبال فوتونيات السيليكون sub - pJ/bit
Translated title (French)
Co-conception d'un amplificateur transimpédance différentiel et d'un photodétecteur équilibré pour un récepteur photonique silicium sub-pJ/bit
Translated title (Spanish)
Co-diseño de un amplificador de transimpedancia diferencial y fotodetector equilibrado para un receptor fotónico de silicio sub-pJ/bit

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3014058877
DOI
10.1364/oe.389889

Is supplement to
https://openalex.org/W4285244579 (Other)
https://openalex.org/W2901662850 (Other)
https://openalex.org/W2563596277 (Other)
https://openalex.org/W2276449865 (Other)
https://openalex.org/W2125178709 (Other)
https://openalex.org/W2089646818 (Other)
https://openalex.org/W2071838325 (Other)
https://openalex.org/W2051381826 (Other)
https://openalex.org/W2016099574 (Other)
https://openalex.org/W1548231692 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
China

References

  • https://openalex.org/W1601180381
  • https://openalex.org/W2038366298
  • https://openalex.org/W2063321035
  • https://openalex.org/W2083151062
  • https://openalex.org/W2091517651
  • https://openalex.org/W2113959004
  • https://openalex.org/W2155687560
  • https://openalex.org/W2167242718
  • https://openalex.org/W2428087307
  • https://openalex.org/W2758120789
  • https://openalex.org/W2768084090
  • https://openalex.org/W2775719584
  • https://openalex.org/W2786114144
  • https://openalex.org/W2793566288
  • https://openalex.org/W2887956223
  • https://openalex.org/W2904320251
  • https://openalex.org/W2906165406
  • https://openalex.org/W2907013636
  • https://openalex.org/W2912328331
  • https://openalex.org/W2912341949
  • https://openalex.org/W2971323714