Der vorgestellte Chip ist ein monolithisch integrierter kohärenter Empfänger, der zur Unterstützung hoher Symbolraten (bis zu 64 GBd) für Inter- und Intra-Datacenter-Glasfaserverbindungen ausgelegt ist. Er stellt einen bedeutenden technologischen Fortschritt dar, da es sich um den ersten monolithischen, kohärenten ePIC-Empfänge handelt, der bei einer Symbolrate 64 GBd (Einzelpolarisation) arbeitet.

Der Chip wurde in einer photonischen 0,25‑µm-SiGe-BiCMOS-Technologie gefertigt, die die Ko-Integration von Hochgeschwindigkeitselektronik und Photonik auf einem einzigen Siliziumchip ermöglicht. Diese Technologie kombiniert leistungsfähige Ge-Photodetektoren (mit einer Responsivität von 0,7 A/W) und SiGe-Bipolartransistoren (fT = 190 GHz).

Die integrierte Schaltung weist eine sehr kompakte Gesamtfläche auf und umfasst mehrere Schlüsselkomponenten: On-Chip-Gitterkoppler (GCs), einen 90°-Hybrid (realisiert als multimodale Interferenzstruktur), Photodioden (PDs) sowie Transimpedanzverstärker (TIAs). Die TIAs verwenden eine vollständig differenzielle Shunt-Feedback-Architektur und arbeiten im Begrenzungsmodus, wobei eine feste Transimpedanzverstärkung von 7,7 kΩ erreicht wird. Besonders wichtig ist, dass die Verbindungen zwischen den PDs und den TIAs sehr kurz sind und Längen von nur 60 µm erreichen.

Die gemessene opto-elektrische 3‑dB-Bandbreite des Empfängers für den In-Phase- und Quadraturkanal beträgt 34 GHz. Der Chip arbeitet mit einer geringen Gesamtleistungsaufnahme von 416 mW. Das Bauelement demonstrierte erfolgreich eine Echtzeit-Datenübertragung von 64 GBd‑QPSK, entsprechend 128 Gb/s, mit einer Bitfehlerrate (BER) von 3,74 × 10⁻⁵, die unterhalb der Grenze für Vorwärtsfehlerkorrektur (FEC) liegt.

Chipfläche: 2.56mm x 1.16 mm

Technologie: 250nm SiGe:C BiCMOS IHP (H4 EPIC)

Referenzen

C. Kress, S. Gudyriev, J. C. Scheyt et al., "64 GBd Monolithically Integrated Coherent QPSK Single Polarization Receiver in 0.25 μm SiGe-Photonic Technology," 2018 Optical Fiber Communications Conference and Exposition (OFC), San Diego, CA, USA, 2018, pp. 1-3.

S. Gudyriev, C. Kress, J. C. Scheytt et al., "Coherent ePIC Receiver for 64 GBaud QPSK in 0.25 μm Photonic BiCMOS Technology," in Journal of Lightwave Technology, vol. 37, no. 1, pp. 103-109, 1 Jan.1, 2019.

Weltrekord am Heinz Nixdorf Institut der Universität Paderborn