專利名稱:一種基于片上系統(tǒng)的無線光總線系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本實(shí)用新型涉及一種無線光總線系統(tǒng),尤其是涉及一種基于片上系統(tǒng)的無線光總線系統(tǒng)。
背景技術(shù):
隨著均衡技術(shù)、反射/串?dāng)_消除技術(shù)和糾錯(cuò)編解碼等信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展,片上電互聯(lián)總線與晶體管技術(shù)一起取得了巨大進(jìn)步,帶寬增加與時(shí)延減小同時(shí)給芯片的面積和功耗帶來挑戰(zhàn)。片上光互聯(lián)總線作為其重要補(bǔ)充手段將迎來發(fā)展機(jī)遇。片上平面光波導(dǎo)互聯(lián)總線片由于受到現(xiàn)有硅基集成技術(shù)的限制,完成包交換需要大量重復(fù)使用電/光和光/ 電轉(zhuǎn)換,帶來嚴(yán)重的信號(hào)延時(shí)和電路復(fù)雜性,增加芯片功耗,同時(shí)產(chǎn)生嚴(yán)重的串?dāng)_。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型主要是解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的由于受到現(xiàn)有硅基集成技術(shù)的限制,完成包交換需要大量重復(fù)使用電/光和光/電轉(zhuǎn)換,帶來嚴(yán)重的信號(hào)延時(shí)和電路復(fù)雜性,增加芯片功耗,同時(shí)產(chǎn)生嚴(yán)重的串?dāng)_等的技術(shù)問題;提供了一種能夠用較小的面積,更低的功耗換取更高的帶寬,提高片上系統(tǒng)的總線帶寬,充分發(fā)揮光載波帶寬高容量大的優(yōu)勢(shì)的一種基于片上系統(tǒng)的無線光總線系統(tǒng)。本實(shí)用新型的上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的一種基于片上系統(tǒng)的無線光總線系統(tǒng),包括第一襯底、第二襯底、設(shè)置在第一襯底上分別用于發(fā)射光信號(hào)以及接收光信號(hào)的光信號(hào)發(fā)射裝置以及光信號(hào)接收裝置、以及設(shè)置在第二襯底上的用于傳輸光信號(hào)的光信號(hào)傳輸裝置。本實(shí)用新型利用三維(3-D)綜合技術(shù),能夠在采用硅(Si)基材料為襯底的單芯片上集成980nm垂直腔面發(fā)射激光器、硅光電二極管、微透鏡、微反射鏡和微相位陣列。在單芯片上利用無線光傳輸完成芯片內(nèi)的總線互聯(lián)。所述的垂直腔面發(fā)射激光器為雙異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)量子井激光器,采用分子束外延生長(zhǎng)技術(shù)或金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積生長(zhǎng)技術(shù)構(gòu)造。所述的硅光電二極管為在與所述的硅基材料襯底上構(gòu)造。所述的微透鏡為在垂直腔面發(fā)射激光器的激光發(fā)射面構(gòu)造。所述的微反射鏡為利用硅或聚合物表面構(gòu)造。在上述的一種基于片上系統(tǒng)的無線光總線系統(tǒng),所述的光信號(hào)發(fā)射裝置包括無線光總線傳輸數(shù)據(jù)器以及通過片上電總線與所述無線光總線傳輸數(shù)據(jù)器相連的垂直腔面發(fā)射激光器;所述的垂直腔面發(fā)射激光器通過片上連接點(diǎn)與所述的片上電總線相連。在上述的一種基于片上系統(tǒng)的無線光總線系統(tǒng),所述的光信號(hào)接收裝置包括無線光接收數(shù)據(jù)器以及通過片上電總線與所述無線光接收數(shù)據(jù)器相連的光電二極管接收器,所述的光電二極管接收器通過片上連接點(diǎn)與所述的片上電總線相連。在上述的一種基于片上系統(tǒng)的無線光總線系統(tǒng),光信號(hào)傳輸裝置包括接收上述垂直腔面發(fā)射激光器發(fā)射的光信號(hào)的準(zhǔn)直透鏡、用于接收經(jīng)準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直后的光信號(hào)并改變?cè)摴庑盘?hào)的傳輸方向的微反射鏡、以及用來接收微反射鏡反射的光信號(hào)并將接收的光信號(hào)匯聚至上述光電二極管接收器的匯聚透鏡。在上述的一種基于片上系統(tǒng)的無線光總線系統(tǒng),所述垂直腔面發(fā)射激光器內(nèi)設(shè)置有用來調(diào)制驅(qū)動(dòng)垂直腔面發(fā)射激光器發(fā)光的調(diào)制驅(qū)動(dòng)器。在上述的一種基于片上系統(tǒng)的無線光總線系統(tǒng),所述的光信號(hào)接收裝置包括一個(gè)用于接收匯聚透鏡的匯聚光信號(hào)的光電二極管、一個(gè)接收光電二極管輸出的電流信號(hào)并將該電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為放大電壓信號(hào)的跨阻放大器、一個(gè)用于接收所述跨阻放大器輸出的放大電壓信號(hào)并將該電壓信號(hào)濾波、放大至標(biāo)準(zhǔn)電平信號(hào)的限幅放大器以及對(duì)限幅放大器的輸出信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)和時(shí)鐘恢復(fù)后將該信號(hào)輸出給上述的無線光接收數(shù)據(jù)器的時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)
O因此,本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)1.設(shè)計(jì)合理,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,噪聲較小且完全實(shí)用; 2.能夠用較小的面積,更低的功耗換取更高的帶寬,提高片上系統(tǒng)的總線帶寬,充分發(fā)揮光載波帶寬高容量大的優(yōu)勢(shì)。
圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)原理示意圖;圖2是本實(shí)用新型無線光總線光鏈路示意圖。
具體實(shí)施方式
下面通過實(shí)施例,并結(jié)合附圖,對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說明。圖中,無線光信道1、第二襯底2、第一襯底3、無線光總線傳輸數(shù)據(jù)器4、片上電總線5、片上連接點(diǎn)6、垂直腔面發(fā)射激光器7、準(zhǔn)直透鏡8、匯聚透鏡9、微反射鏡10、光電二極管11、無線光接收數(shù)據(jù)器12、調(diào)制驅(qū)動(dòng)器13、跨阻放大器14、限幅放大器15、時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)器16。實(shí)施例參見上述附圖,圖1所示的是一種基于片上系統(tǒng)的無線光總線。片上無線光總線是基于無線光信道1的無線光技術(shù)、第二襯底2即GaAs襯底的光子學(xué)技術(shù)和第一襯底3即 Si襯底的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)電子學(xué)技術(shù)等利用3-D集成綜合的一種小型、低功耗、高帶寬的片上系統(tǒng)。一種基于片上系統(tǒng)的無線光總線系統(tǒng),有第一襯底3、第二襯底2、設(shè)置在第一襯底3上分別用于發(fā)射光信號(hào)以及接收光信號(hào)的光信號(hào)發(fā)射裝置以及光信號(hào)接收裝置、以及設(shè)置在第二襯底2上的用于傳輸光信號(hào)的光信號(hào)傳輸裝置。光信號(hào)發(fā)射裝置有無線光總線傳輸數(shù)據(jù)器4以及通過片上電總線5與所述無線光總線傳輸數(shù)據(jù)器4相連的垂直腔面發(fā)射激光器7,所述的垂直腔面發(fā)射激光器7通過片上連接點(diǎn)6與所述的片上電總線5相連;垂直腔面發(fā)射激光器7內(nèi)設(shè)置有用來調(diào)制驅(qū)動(dòng)垂直腔面發(fā)射激光器7發(fā)光的調(diào)制驅(qū)動(dòng)器13。光信號(hào)接收裝置包括無線光接收數(shù)據(jù)器12以及通過片上電總線5與所述無線光接收數(shù)據(jù)器12相連的光電二極管接收器,光電二極管接收器通過片上連接點(diǎn)6與所述的片上電總線5相連;光信號(hào)接收裝置包括一個(gè)用于接收匯聚透鏡9的匯聚光信號(hào)的光電二極管11、一個(gè)接收光電二極管11輸出的電流信號(hào)并將該電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為放大電壓信號(hào)的跨阻放大器14、一個(gè)用于接收所述跨阻放大器14輸出的放大電壓信號(hào)并將該電壓信號(hào)濾波、 放大至標(biāo)準(zhǔn)電平信號(hào)的限幅放大器15以及對(duì)限幅放大器15的輸出信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)和時(shí)鐘恢復(fù)后將該信號(hào)輸出給上述的無線光接收數(shù)據(jù)器12的時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)器16。 光信號(hào)傳輸裝置包括接收上述垂直腔面發(fā)射激光器7發(fā)射的光信號(hào)的準(zhǔn)直透鏡 8、用于接收經(jīng)準(zhǔn)直透鏡8準(zhǔn)直后的光信號(hào)并改變?cè)摴庑盘?hào)的傳輸方向的微反射鏡10、以及用來接收微反射鏡10反射的光信號(hào)并將接收的光信號(hào)匯聚至上述光電二極管接收器的匯聚透鏡9。 片上系統(tǒng)能夠采用Si基材料為第一襯底3,在第一襯底3上利用CMOS技術(shù)完成無線光總線傳輸數(shù)據(jù)器4和接收數(shù)據(jù)器12的電總線構(gòu)造。主要包括傳輸數(shù)據(jù)對(duì)垂直腔面發(fā)射激光器7的調(diào)制驅(qū)動(dòng)器13 ;無線光總線接收系統(tǒng)的跨阻前置放大器(TIA)14、限幅放大器 (LA) 15和數(shù)據(jù)時(shí)鐘恢復(fù)器(⑶R) 16 ;片上電總線5和片上連接點(diǎn)6。片上系統(tǒng)能夠利用GaAs材料為襯底2,采用分子束外延生長(zhǎng)技術(shù)或金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積生長(zhǎng)技術(shù)構(gòu)造無線光總線互聯(lián)需要的光源,光源為雙異質(zhì)結(jié)量子井結(jié)構(gòu)垂直腔面發(fā)射激光器7。在Si基襯底3上構(gòu)造無線光總線互聯(lián)需要的光電二極管11。片上系統(tǒng)無線光總線互聯(lián)需要的激光準(zhǔn)直透鏡8和匯聚透鏡9均在垂直腔面發(fā)射激光器7的激光發(fā)射面構(gòu)造。用來改變無線光總線中光束傳輸方向的微反射鏡10利用硅或聚合物表面構(gòu)造。片上系統(tǒng)的總線傳輸主要利用無線光來完成,無線光傳輸鏈路由圖2所示。傳輸數(shù)據(jù)4在Si襯底2上利用CMOS技術(shù)構(gòu)造垂直腔面發(fā)射激光器7的調(diào)制驅(qū)動(dòng)器13,由調(diào)制驅(qū)動(dòng)器13調(diào)制驅(qū)動(dòng)垂直腔面發(fā)射激光器7發(fā)光。垂直腔面發(fā)射激光器7發(fā)射的激光經(jīng)準(zhǔn)直透鏡8準(zhǔn)直,在無線光信道1中傳輸,由微反射鏡10改變其傳輸方向,最后經(jīng)匯聚透鏡9 將其匯聚至Si光電二極管11的光敏面。光電二極管11輸出微弱電流信號(hào)給TIA 14 ;TIA 14將微弱電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào),并進(jìn)行低噪聲、低增益放大后輸出給LA 15;LA 15將電壓信號(hào)濾波、放大至標(biāo)準(zhǔn)電平信號(hào)傳輸給下一級(jí)CDR 16 ;CDR 16對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)和時(shí)鐘恢復(fù)之后形成接收數(shù)據(jù)12。至此,完成片上無線光總線的互聯(lián),整個(gè)數(shù)據(jù)傳輸基本由光傳輸完成,大大縮減了電互聯(lián)總線所必需的走線長(zhǎng)度,減小了走線帶來的寄生電感、電容,能夠提供接近光速的信號(hào)延時(shí),是提高片上系統(tǒng)總線帶寬的有效方法之一。本文中所描述的具體實(shí)施例僅僅是對(duì)本實(shí)用新型精神作舉例說明。本實(shí)用新型所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代,但并不會(huì)偏離本實(shí)用新型的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。盡管本文較多地使用了無線光信道1、第二襯底2、第一襯底3、無線光總線傳輸數(shù)據(jù)器4、片上電總線5、片上連接點(diǎn)6、垂直腔面發(fā)射激光器7、準(zhǔn)直透鏡8、匯聚透鏡9、微反射鏡10、光電二極管11、無線光接收數(shù)據(jù)器12、調(diào)制驅(qū)動(dòng)器13、跨阻放大器14、限幅放大器 15、時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)器16等術(shù)語(yǔ),但并不排除使用其它術(shù)語(yǔ)的可能性。使用這些術(shù)語(yǔ)僅僅是為了更方便地描述和解釋本實(shí)用新型的本質(zhì);把它們解釋成任何一種附加的限制都是與本實(shí)用新型精神相違背的。
權(quán)利要求1.一種基于片上系統(tǒng)的無線光總線系統(tǒng),其特征在于,包括第一襯底(3)、第二襯底 (2)、設(shè)置在第一襯底(3)上分別用于發(fā)射光信號(hào)以及接收光信號(hào)的光信號(hào)發(fā)射裝置以及光信號(hào)接收裝置、以及設(shè)置在第二襯底(2 )上的用于傳輸光信號(hào)的光信號(hào)傳輸裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于片上系統(tǒng)的無線光總線系統(tǒng),其特征在于,所述的光信號(hào)發(fā)射裝置包括無線光總線傳輸數(shù)據(jù)器(4)以及通過片上電總線(5)與所述無線光總線傳輸數(shù)據(jù)器(4 )相連的垂直腔面發(fā)射激光器(7 );所述的垂直腔面發(fā)射激光器(7 )通過片上連接點(diǎn)(6)與所述的片上電總線(5)相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于片上系統(tǒng)的無線光總線系統(tǒng),其特征在于,所述的光信號(hào)接收裝置包括無線光接收數(shù)據(jù)器(12)以及通過片上電總線(5)與所述無線光接收數(shù)據(jù)器(12)相連的光電二極管接收器,所述的光電二極管接收器通過片上連接點(diǎn)(6)與所述的片上電總線(5)相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于片上系統(tǒng)的無線光總線系統(tǒng),其特征在于,光信號(hào)傳輸裝置包括接收上述垂直腔面發(fā)射激光器(7)發(fā)射的光信號(hào)的準(zhǔn)直透鏡(8)、用于接收經(jīng)準(zhǔn)直透鏡(8)準(zhǔn)直后的光信號(hào)并改變?cè)摴庑盘?hào)的傳輸方向的微反射鏡(10)、以及用來接收微反射鏡(10)反射的光信號(hào)并將接收的光信號(hào)匯聚至上述光電二極管接收器的匯聚透鏡(9)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于片上系統(tǒng)的無線光總線系統(tǒng),其特征在于,所述垂直腔面發(fā)射激光器(7)內(nèi)設(shè)置有用來調(diào)制驅(qū)動(dòng)垂直腔面發(fā)射激光器(7)發(fā)光的調(diào)制驅(qū)動(dòng)器(13)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于片上系統(tǒng)的無線光總線系統(tǒng),其特征在于,所述的光信號(hào)接收裝置包括一個(gè)用于接收匯聚透鏡(9)的匯聚光信號(hào)的光電二極管(11)、一個(gè)接收光電二極管(11)輸出的電流信號(hào)并將該電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為放大電壓信號(hào)的跨阻放大器(14)、一個(gè)用于接收所述跨阻放大器(14)輸出的放大電壓信號(hào)并將該電壓信號(hào)濾波、放大至標(biāo)準(zhǔn)電平信號(hào)的限幅放大器(15)以及對(duì)限幅放大器(15)的輸出信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)和時(shí)鐘恢復(fù)后將該信號(hào)輸出給上述的無線光接收數(shù)據(jù)器(12)的時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)器(16)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種無線光總線系統(tǒng),尤其是涉及一種基于片上系統(tǒng)的無線光總線系統(tǒng)。一種基于片上系統(tǒng)的無線光總線系統(tǒng),其特征在于,包括第一襯底、第二襯底、設(shè)置在第一襯底上分別用于發(fā)射光信號(hào)以及接收光信號(hào)的光信號(hào)發(fā)射裝置以及光信號(hào)接收裝置、以及設(shè)置在第二襯底上的用于傳輸光信號(hào)的光信號(hào)傳輸裝置。因此,本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)1.設(shè)計(jì)合理,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,噪聲較小且完全實(shí)用;2.能夠用較小的面積,更低的功耗換取更高的帶寬,提高片上系統(tǒng)的總線帶寬,充分發(fā)揮光載波帶寬高容量大的優(yōu)勢(shì)。
文檔編號(hào)H01L31/12GK202160176SQ20112024585
公開日2012年3月7日 申請(qǐng)日期2011年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月13日
發(fā)明者孫峰, 張?chǎng)? 王波, 趙坤, 鄧代竹, 高凡 申請(qǐng)人:湖北久之洋紅外系統(tǒng)有限公司