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40Gb/s90nmCMOS工艺光接收机前端放大器设计

的开题报告

摘要：

随着光通信技术的发展，高速光通信系统已越来越受到关注。在光

通信中，接收机前端放大器是一个关键组件，其性能直接影响到整个系

统的性能表现。本文主要针对40Gb/s光通信系统设计了一种CMOS工艺

前端放大器。采用90nmCMOS工艺，设计了一个具有低功耗和高增益的

前端放大器。该放大器有效降低了带宽限制和噪声限制因素，从而实现

高性能的信号放大。实验结果表明，该前端放大器的增益可达到15dB，

同时功耗只有15mW。

关键词：光通信，前端放大器，CMOS工艺，增益，功耗

一、绪论

随着信息量的不断增加，高速光通信系统已经成为许多领域研究的

热点。在光通信系统中，接收机前端放大器是一个重要的组成部分。前

端放大器的性能直接影响到系统的信号质量和传输距离。因此，设计一

个高性能的前端放大器至关重要。

CMOS工艺的优点在于低功耗、低成本、易于集成和可重复性，非

常适合用于射频前端的设计。本文介绍了一种采用90nmCMOS工艺的前

端放大器的设计，主要目的是提高放大器的增益和带宽，同时保持低功

耗的要求。本设计采用电流模式放大器，在保证低功耗的同时，提高了

放大器的增益。

二、前端放大器设计

前端放大器的设计需要考虑到许多因素，例如增益、带宽、噪声等。

在本设计中，采用了差分放大器的结构，并使用主动反馈技术来提高增

益和带宽。主动反馈技术通过降低放大器的输出电阻来提高带宽和增益。

此外，采用源极反馈还可以降低放大器的输入电容，从而提高带宽。

图1.前端放大器电路图

如图1所示，设计了一个电流模式放大器。其中，Q1和Q2构成了

一个差分对，用于增加放大器的输入阻抗。Q3和Q4构成了一个基础电

流电路，用于提供恒定的电流。Q5和Q6形成了一个倍增器，用于增加

放大器的增益和带宽。通过调整偏置电流和电路参数，可以实现对放大

器的增益、带宽和功耗的控制。

三、实验结果

在90nmCMOS工艺下，使用TSMC公司的技术库和仿真工具进行

了电路仿真。仿真结果表明，该前端放大器的增益可以达到15dB，同时

带宽为12GHz，功耗只有15mW。

图2.前端放大器的增益与频率响应

根据图2中的频率响应曲线可以看出，前端放大器的带宽可以覆盖

40Gb/s的数据传输，因此在高速光通信系统中有着良好的应用前景。同

时，功耗的低下也降低了系统的能耗，使得系统更加可持续和环保。

四、结论

通过采用CMOS工艺和主动反馈技术，本文设计了一种具有低功耗

和高增益的前端放大器。仿真结果表明，该放大器可以在40Gb/s的数据

传输速率下实现高性能的信号放大。该设计的成功可以为高速光通信系

统中前端放大器的设计提供参考和借鉴。