For future high-end high data rate system, 10 Gb/s optical receiver array with low inter-channel crosstalk is realized by exploiting an InGaP/GaAs HBT technology in a three-dimensional multilayer LTCC (low temperature co-firing ceramics) module.
In chapter II, as a preliminary research, single ended TIA circuit investigation shows that proposed inductive buffer peaking technique gives most effective results in bandwidth extension with low power consumption. IC evaluation of inductive buffer peaking TIA with 3nH on-chip inductor shows 8.9GHz of bandwidth with 65mW power consumption.
In chapter III, Single channel InGaP/GaAs HBT TIA for multi channel receiver with three cascading neutralization gain stages shows a bandwidth of 7.5GHz with fully differential I/O. Especially in this work, low supply voltage operation circuit maintaining differential topology is focused due to the limitations in conventional wideband differential gain stage.
In chapter IV, novel LTCC module structure for parallel receiver enabled to get rid of on-chip buses for supply voltage and ground which causes two significant interchannel crosstalk paths. Frequency domain measurement revealed that LTCC embedded bus module shows -27 dB crosstalk at 5 GHz and -15 dB at 10 GHz. BER test showed that LTCC embedded bus module has input sensitivity of -9.5dBm for the error rate of $10^{-12}$. Careful network calculation based on measured BER shows that input sensitivity of LTCC embedded bus can be improved to -12.5dBm with conventional device technology. LTCC embedded bus module shows only 0.8dB penalty and its clear significance in suppressing inter-channel crosstalk at 10Gbps comparing to any other research results. On the basis of this remarkable modification, LTCC embedded bus module shows successful receiver specifications to be adapted to OIF VSR5 link configuration without any link budget degradation.
향후 초고속, 고용량의 시스템 적용에 필수적인 단채널 10Gb/s 동작의 다채널 광수신단 연구를 진행하였다. InGaP/GaAs HBT 기술을 활용하여 LTCC 다층 기판의 구조적 잇점을 활용한 새로운 모듈 구조를 제안하여 채널간 간섭을 최소화 할 수 있는 방법을 제시하였다.
제 2장에서는 다채널 전치증폭기 연구의 사전 연구로써 낮은 소모전력을 유지하면서 대역폭을 확장할 수 있는 방법을 연구하였다. 제안된 inductive buffer peaking 기술을 활용한 전치증폭기는 3nH 의 인턱턴스를 활용하여 65mW의 소모전력과 8.9GHz의 대역폭 특성을 나타내었다.
제 3장에서는 제안된 neutralization 이득단을 활용하여 입출력단 모두 차동 증폭기(differential amplifier)의 구조를 가지면서 7.5GHz의 대역폭을 가지는 전치증폭기를 제작하였다. 특히 제안된 전치증폭기 구조는 기존 광대역 증폭기 구조가 가지고 있는 높은 사용전압을 5V 로 낮추어 전체 사용전력의 감소를 도모하면서 광대역 특성을 유지할 수 있는 장점을 확인하였다.
제 4 장에서는 기존 다채널 광수신단 모듈에서 채널간 심각한 간섭을 발생시키는 사용전압과 접지단 연결선을 LTCC 내부에 실장하는 새로운 모듈 구조를 제안하고 그 특성을 확인하였다. 제작된 LTCC 모듈은 주파수 응답특성에서 5GHz에서는 -27dB, 10GHz에서는 -15dB의 간섭현상을 나타내었다. 10GHz 에서 -l5dB 의 채널간 간섭도는 현재까지 발표된 결과 중 가장 우수한 특성이며 기존 칩상의 사용전압 연결 구조의 한계를 극복한 결과를 나타낸다.
BER 측정에서 제안된 LTCC 모듈은 $10^{-12}$의 에러율을 기준으로 -9.5dBm의 최소 입력전력 특성을 나타내었다. 채널간 간섭 정도의 척도가 될 수 있는 power penalty 특성은 단채널 동작과 3 채널 동작시의 BER 특성을 비교한 결과 $10^{-12}$의 에러율에서 0.8dB 의 결과를 나타내었다. 이 같은 결과는 현재까지 발표된 칩내부에 사용전압과 접지단 연결선을 제작하는 연구결과들 중 가장 개선된 결과인 1.5dB 에 비해 0.7dB 향상된 결과로써, 제안된 모듈구조가 얼마나 효율적으로 채널간 간섭을 억제하는지 확인 할 수 있었다.
본 연구에서 제안된 이 같은 다채널 수신단 모듈 구조를 활용하여 향후 필연적인 채널 수의 증가와 채널당 속도의 증가에 따라 발생하는 채널간 간섭을 효율적으로 억제시켜 줄 수 있을 것이다.
