광수신기 설계 = Optical receiver design

국문 초록 (Abstract)

현재의 인터넷과 같은 전자 통신망과 멀티미디어 시스템의 발달은 고속의 대용량 데이터 전송을 필요로 한다. 초고속 통신 시스템에서의 고속 데이터 전송은 주로 광섬유를 사용하는 광통신으로 이루어지고 있다.
FTTH(Fiber To The Home)와 같은 광통신 시스템은 멀티미디어 커뮤니케이션을 위해 필요한 큰 데이터 전송률을 제공할 수 있기 때문에 더욱 더 중요성이 높아지고 있으며 이러한 광통신 시스템에서는 통신환경의 영향을 적게 받고 외부 조절이나 부품이 필요하지 않는 수신기 IC 의 개발이 요구되고 있다.
일반적으로 광통신 수신기에는 고속 동작에 적합한 특성을 가진 GaAs-MESFET 가 사용되고 있으나, 본 논문에서는 0.35um CMOS 2-poly 4-metal 공정을 이용하여 5Gbps 광수신기를 설계하였다. 설계된 수신기는 Preamplifier, Main amplifier, ABC 회로로 구성되어 있다. Transimpedance amplifier 형태의 Preamplifier 는 광검출기에 의해 생성된 전류 신호를 전압 신호로 변환한다.
ABC 회로는 Peak_Hold 회로와 Bottom_Hold 회로로 구성되어 있다. 기존의 Peak_Hold 회로에서는 다이오드와 hold capacitor 를 이용하여 peak 값을 검출하도록 되어 있는데, 다이오드를 이용하는 경우 작은 입력 신호전압의 Peak 값을 검출하는 데 한계가 있다. 이러한 단점을 보완하고자 전류 거울형태의 Peak_Hold 회로를 설계하였다. 전류거울(current mirror)형태의 출력 신호의 duty error 를 줄이고 비트 에러율(Bit Error Rate)을 개선하는데 효과적이었다.
설계된 광수신기는 30dB 의 입력 dynamic range 와 입력 capacitance 3pF 에서 80MHz 의 대역폭을 가진다. 전력 소비량은 3.3V 전원 전압이 인가된 경우 약 150mW 정도이다.