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仪表网 研发快讯】 近日，《IEEE微波理论与技术汇刊》(IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques)在线刊发了集成电路学院毕晓君教授团队关于硅光发射机的最新研究成果《基于SiGe BiCMOS工艺、采用可变增益连续时间线性均衡器与行波型马赫–曾德尔调制器的单片集成100 Gb/s硅光发射机的分析与设计》(Analysis and Design of a Monolithically Integrated 100-Gb/s Si-Photonics Transmitter Utilizing Variable-Gain CTLE and Traveling-Wave MZM in SiGe BiCMOS)。学院毕晓君教授为论文唯一通讯作者，盛超帝博士、许达城为论文共同第一作者。集成电路学院为论文第一完成单位。该项研究由毕晓君教授团队与华为合作完成。其中，电路部分由毕晓君教授团队负责设计，光路部分由华为团队负责设计。该成果充分发挥了双方在高速电路与硅光技术领域的优势，为高性能硅光发射机的设计与实现提供了参考方案。
随着人工智能技术、云计算和数据中心的发展，高速光互连对发射机的传输速率与集成度提出了更高要求。硅光发射机通过电路驱动光调制器，将电信号转化为光信号。然而，光调制器的高频响应衰减限制了发射机的整体带宽。针对上述瓶颈，团队提出使用驱动电路产生高频峰化来补偿光调制器的频响滚降，以及通过实现电光速率匹配减少电光信号转换过程中的高频损耗的设计方法，基于宽带驱动器与行波电极马赫曾德尔调制器(TWE‐MZM)的协同设计实现了发射机整体带宽的提升，最终实现了一种电光带宽达到51 GHz，速率达到100 Gb/s的光电融合集成发射机芯片。
图1展示了本研究实现的双通道电光单片集成发射机的芯片架构框图与显微照片。为了实现频率响应补偿，团队提出了可变增益连续时间线性均衡器(VG-CTLE)，将增益调节与高频峰化功能结合在同一级电路中，对光调制器容易衰减的高频成分进行预先增强，实现“以电补光”的效果。
图2展示了驱动电路补偿光调制器频率响应的效果。驱动电路的高频峰化补偿了光调制器的高频响应，使级联后的整体电光带宽由调制器本征约35 GHz拓展至49 GHz，直观地展现了“以电补光”的效果。
图3展示了发射机的电光响应测试结果。如图所示，发射机实现了51 GHz的电光带宽，与同等工艺节点下已发表的工作相比，所提出的发射机具有最高的电光带宽。该研究验证了通过电域补偿与接口优化提升单片集成发射机性能的可行性，为高速硅光互连中的电光协同设计提供了方法与实验依据。
此外，课题组还在微波电路领域的权威快报《IEEE微波与无线技术快报》(IEEE Microwave and Wireless Technology Letters)发表了论文，题为《一种采用28 nm CMOS工艺、具有55.1 GHz带宽和74.6 dBΩ跨阻增益的224 Gb/s PAM4跨阻放大器》(A 224 Gbps PAM-4 TIA with 55.1-GHz Bandwidth and 74.6-dBΩ Transimpedance in 28-nm CMOS)，毕晓君教授为论文唯一通讯作者，学院博士研究生徐子昂为论文第一作者，集成电路学院为论文第一完成单位。该项研究由毕晓君教授团队与华为团队合作完成。
图4展示了本研究实现的高速CMOS TIA芯片的架构框图与显微照片，为了提升CMOS TIA的带宽，团队提出了多级级联的电感补偿设计方法，并采用可降低高速节点寄生电容的Gilbert?Gm VGA结构，最终实现56 GHz的带宽，传输速率支持224 Gb/s。
高速TIA芯片的部分测试结果显示其在最高增益条件下具有56 GHz带宽，增益可调范围达到30 dB，带宽范围内群时延变化量小于13 ps，在输入电流幅度为2.5 mA以内时THD<5%，具有良好的线性度。时域测试结果显示其实现了224 Gbps信号的传输，眼图正常张开，展现了该TIA的高速传输数据的能力。
T-MTT是IEEE微波理论与技术学会(MTT-S)主办的旗舰期刊，在微波与集成电路领域具有重要的国际学术影响力。期刊关注相关领域的前沿理论、关键技术与创新应用，为高速集成电路、光通信芯片及相关系统的研究成果提供了重要的国际学术交流平台。
近年来，毕晓君老师课题组始终坚持学术创新与工程实践协同发展，研究方向紧密对接国家重大前沿需求与产业界关键难题，聚焦高能效、高带宽光接口收发机芯片及毫米波芯片研究。研究得到了课题组主持的国家重点研发计划课题、国家自然科学基金项目以及多项华为重点合作研究项目的支持。课题组拥有优良的科研条件与资源，为每位成员提供了充分参与前沿项目、锻炼科研能力的机会。
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