최근 전송 시스템의 신호처리 속도가 급속히 증가함에 따라 기존의 인쇄회로 기판 (PCB)상에서의 금속 배선기반의전기적 신호 연결은 신호의 왜곡현상, 신호의 감쇄, 인접 신호에 의한 잡음, EMI 전력 소모등에 의해 데이터 전송 대역폭 제한을 갖는다. 이러한 문제에 대한 대안으로써, 광 PCB 상에서의 광연결 기술이 유력한 대체 배선 연결로써 연구되어 왔다. 따라서 본 논문의 서론 부분에 전기적 연결과 광연결에 대해 특성을 비교하여 광연결의 우수성을 논하였다.
제 2장에느 단반향성을 갖는 다채널 광연결용 VCSEL (레이저 소자의 일종) 구동회로와 수신단의 주요 부분인 제한 증폭기에 대해 언급하였다. 설계의 기본 방향은 다채널 전송에 주안점을 두어 저전력 및 인접 채널간의 간섭 효과를 최소화하는데 두었다. 특히, CMOS 소자는 전도성을 갖는 실리콘 기판에 제작되기 때문에 채널간 간섭 현상을 최소화하는 것이 중요하다. 이러한 설계 목표로 제작된 4채널 VCSEL 구동회로와 제한 증폭기는 8 Gb/s의 전송 속도를 갖고 있으면 인접 채널간 간섭 효과는 구동회로의 경우 -26 dB, 제한 증폭기의 경우 -32 dB를 보였다. 위와 같이 CMOS 공정을 이용한 레잊 구동회로 및 수신단 증폭기의 설계는 다채널 광연결을 위해 광전자 소자를 집적할 수 있는 CMOS 기반 집적회로 구현을 향한 주요한 단계라 판단 된다.
제 2 장의 구동회로 설계 부분에 플립칩 본딩 기술을 적용하여 4 채널 5 Gb/s급다칩 광송신기 모듈 구현에 대해 언급하였다. 제작된 모듈은 레이저의 기판방향으로 빛을 방출하는 VCSEL 과 CMOS 로 제작한 구동회로로 이루어졌으며 구동회로 위에 VCSEL 이 플립칩 본딩 된다. 따라서 두 칩간에 본드와이어가 존재하지 않는다. 이점은 본 논문에서 제안한 광연결 구도에서의 조립 공정시 패키징 용이성을 제공하며 기존의 본드와이어로 연결된 구동회로와 VCSEL 모듈에 비해 작은 채널간 혼선 잡음를 보였다. 이러한 시도는 차후 광 PCB 상에서의 보다 신뢰성 있고 고집적화를 위한 기회를 제공하고 있다.
앞장에서는 단방향 광연결을 위한 칩 설계에 대해 언급하였으며, 제 3 장에서는 양방향성을 갖는 CMOS 공정을 이용한 단채절 2.5 Gb/s 급 광트랜시버에 대해 언급하고 있다. 실제로 구현된 칩은 스위치를 이용하여 구동회로와 제한 증폭기의 출력단을 제어함으로써 양방향성을 갖도록 설계 하였다. 구현된 칩의 주요 설계 전략은 구동회로와 제한 증폭기의 공통된 부분 (증폭단)을 공유함에 따라 전체 칩 면적 및 동작 모드에 따른 전력 소모를 절감하는데 있다. 본 칩의 입력단은 시분할 다중 전송 방식에 따라 수신 모드 또는 송신 모드를 제어한다고 가정하여 설계 되었다.
제 3 장에서 구현한 양방향 광트랜시버는 다중모드 광섬유와 광 PCB 를 이용하여 두 칩간 양방향 광링크를 제 4 장에서 검증하였다. 광섬유를 이용한 검증은 광섬유가 결합된 레이저와 포토다이오드를 제작하여 2.5 Gb/s 까지 양방향 광연결의 성능을 검증하였다. 끝으로 광 PCB 를 이용한 전송 실험을 위해 광섬유가 매몰된 FR-4 PCB와 트랜시버 모듈과 광 PCB 모듈간 연결을 위한 광커넥터를 설계 및 제작하였다. 제안된 광연결 구도에 개발된 요소 기술 접목으로 광 PCB 기반 1.25 Gb/s까지 양방향 광링크를 세계 처음으로 시연하였다.
본 논문에서 제안한 양방향 광트랜시버를 설계 및 제작하여 광 PCB 상에서의 시연을 국내외에서 처음으로 시도 하였지만 보다 실현 가능한 양방향 광연결을 위해서는 광트랜시버 내부에 자동 모드 제어 가능한 입력단 설계, 패키징이 용이한 광입출력 패드 배치, 수동 조립이 간결한 광연결 구도 설계등의 개선의 여지가 있다. 이러한 개선을 통해 구현된 칩과 광연결 기술은 미래의 광컴퓨팅 시스템 및 전송시스템에 사용될 것으로 기대 된다.
