CMOS 0.18um Transimpedance Amplifier Design

kevinwjs

Chapter 1 Introduction 1
1.1 Fiber to the Home . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1.1 Common Access Network Architectures . . . . . . . . . . . . . 2
1.1.2 Multiple Access Techniques for PONs . . . . . . . . . . . . . . 3
1.1.3 Integrated Optical Transceiver . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.2 Challenges of CMOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.3 Thesis Overview and Major Contributions . . . . . . . . . . . . . . . 7
Chapter 2 Background Theory 10
2.1 Optical Receiver - Basic Theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.1.1 Receiver Sensitivity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.1.2 Integrated Transceiver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.2 Transimpedance Ampliers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.3 Common TIA topologies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.3.1 Open Loop TIAs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.3.2 Feedback TIAs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.3.3 Bandwidth Considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Chapter 3 Literature Review 31
3.1 Transimpedance Amplier Topologies . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
3.1.1 Regulated Cascode TIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
3.1.2 DC Coupled Common Gate TIA . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3.1.3 Feedback TIAs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.2 Bandwidth Extension . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
3.2.1 Shunt Peaking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
iv
3.2.2 Series Inductive Peaking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
3.2.3 Shunt and Series Peaking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
Chapter 4 2.5 Gbps Transimpedance Amplier Design 41
4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
4.2 The Cascode Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
4.2.1 Miller Eect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
4.2.2 Cascode vs. Common Source . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
4.3 2.5 Gbps TIA Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
4.3.1 Variable Gain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
4.3.2 Final Schematic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
4.4 Simulation Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
4.5 Measured Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
4.5.1 Measurement Setup . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
4.5.2 Transistor Model Verication . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
4.5.3 Transimpedance Measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
4.5.4 Group Delay Measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
4.5.5 Noise Measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
4.5.6 Common Mode Rejection Ratio Measurement . . . . . . . . . 66
4.6 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
Chapter 5 10 Gbps Transimpedance Amplier 73
5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
5.2 Inductive Peaking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
5.2.1 Shunt and Series Inductive Peaking . . . . . . . . . . . . . . . 74
5.2.2 Shunt-Series Inductive Peaking . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
5.3 10 Gbps TIA Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
5.3.1 Noise Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
5.3.2 Optimum Device Size . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
5.3.3 Final Schematic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
5.3.4 On-Chip Inductors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
5.3.5 Resistors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
5.4 Simulation Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
5.4.1 Front-End Tuning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
5.5 Measured Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
5.5.1 Inductor Measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
5.5.2 Dierential Measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
5.5.3 Single-Ended Measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
5.6 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
Chapter 6 Conclusions and Future Work 114
6.1 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
6.2 Future Work . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116

fanjx

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fanjx

好东西啊好东西

pxa255

xiexie!!!!!!

jingxin_xd

谢谢分享！

waliley78751

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jamessemaj

太感谢楼主了~~~

jamessemaj

好东西一定要顶~~~