Forschung – Optischer Empfänger mit integrierter Photodiode in 180 nm CMOS

Die Datenraten auf auf Multi-Chip-Modulen, auf Rückwandplatinen und zwischen den einzelnen Knoten von Großrechnern erreichen bereits heute mehrere Gbit/s pro Kanal und steigen kontinuierlich an. Aufgrund von Leitungsdämpfungen und Intersymbolinterferenzen wird es zunehmend schwieriger, solche hochbitratigen Datenströme über elektrische Leitungen zu übertragen. Die optische Datenübertragung mittels Glasfasern oder in die Platine eingebettete optische Wellenleiter stellt hier eine interessante Alternative dar. Zusätzliche Kosten entstehen bei dieser Technik jedoch durch die erforderlichen Schnittstellen zwischen den elektronischen ICs und dem optischen Übertragungskanal. Auf der Sendeseite werden Lichtquellen wie Laserdioden oder LEDs und auf der Empfängerseite werden Photodetektoren benötigt. Während es auf absehbare Zeit schwierig sein dürfte, effiziente Lichtquellen auf CMOS-Technologie zu integrieren, können Photodioden durchaus auf Standard-CMOS-Prozessen integriert werden. In dieser Arbeit wird ein Empfängerbaustein für optische Datenübertragungsstrecken vorgestellt, bei welcher eine differenzielle Photodiode und eine Verstärkerschaltung auf einem Chip in 0,18 µm CMOS-Technologie integriert sind. Ein fehlerfreier Empfang wird für Datenraten bis 2 Gbit/s demonstriert.