Der Chip ist ein energieeffizienter, ultrakompakter, vollständig differenzieller Direktdetektionsempfänger mit 40 Gb/s, gefertigt in einer photonischen 0,25‑µm‑BiCMOS‑SiGe‑Technologie. Dieses Design nutzt die Vorteile von Electronic‑Photonic Integrated Circuits (EPIC)‑Technologieplattformen effektiv aus, beispielsweise durch sehr kurze Verbindungswege zwischen Photodiode und Verstärker.

Die neuartige Architektur integriert eine vollständig differenzielle Eingangsstufe, eine automatische Photodiodenvorspannung sowie eine DC‑Kopplung zwischen Diode und Transimpedanzverstärker (TIA). Entscheidend ist, dass die Photodiode direkt an die Eingänge angeschlossen und intern auf etwa −1 V vorgespannt wird, sodass keine externen Bias‑Komponenten erforderlich sind. Dieser Ansatz, der auf der inhärenten Symmetrie der Photodiode basiert und auf Replikatdioden oder AC‑Kopplungselemente verzichtet, trägt zur Reduzierung von Rauschen, Eingangskapazität und Gesamtfläche bei.

Der Empfänger weist eine äußerst kleine Baugröße auf. Die Gesamtgröße des Chips beträgt lediglich 600 µm × 450 µm, entsprechend einer Fläche von 0,27 mm². Der elektronische Kern belegt nur 280 µm × 200 µm. Die geringe Fläche wird unter anderem dadurch erreicht, dass ein 420 µm langer Taper, der den Gitterkoppler mit dem Wellenleiter verbindet, unter den Bondpads geführt wird.

Messungen zeigen deutlich geöffnete Augendiagramme bis 40 Gb/s. Der elektronische Kern benötigt lediglich 120 mW Leistung aus einer einzigen Versorgungsspannung. Aufgrund seiner kompakten, Spulen-losen und vollständig differenziellen Topologie weist der Chip eine hohe Gleichtaktunterdrückung auf und eignet sich damit besonders gut für Mehrkanal‑Direktdetektionsempfänger.

Referenzen

S. Gudyriev, J. C. Scheytt, L. Yan, C. Meuer and L. Zimmermann, "Fully-differential, DC-coupled, self-biased, monolithically-integrated optical receiver in 0.25μm photonic BiCMOS Technology for multi-channel fiber links," 2017 IEEE Bipolar/BiCMOS Circuits and Technology Meeting (BCTM), Miami, FL, USA, 2017, pp. 110-113.

S. Gudyriev, J. C. Scheytt, S. Meister, C. Meuer, D. Knoll, S. Lischke, L. Zimmermann, "Low-power, ultra-compact, fully-differential 40Gbps direct detection receiver in 0.25μm photonic BiCMOS SiGe technology," 2016 IEEE 13th International Conference on Group IV Photonics (GFP), Shanghai, China, 2016, pp. 178-179.