中大新聞網訊（通訊員李顯博）2023年3月，中山大學電子與信息工程學院（微電子學院）李顯博副教授課題組與香港科技大學電子與計算機工程系俞捷教授合作，在高速光接收芯片研究方面取得重要進展，相關成果以“Dual-Photodiode Differential Receivers Achieving Double Photodetection Area for Gigabit-Per-Second Optical Wireless Communication”為題，發表于芯片設計領域國際頂級學術期刊IEEE Journal of Solid-State Circuits(JSSC，DOI：10.1109/JSSC.2023.3247950)。李顯博副教授為該論文的第一作者兼通訊作者，這是中山大學首次以第一作者單位在JSSC上發表論文。
高速光接收機在光纖通信、無線光通信、激光雷達等領域具有廣泛應用。在傳統的高速光接收機中，提高光電探測器件的有源感光面積往往會增大器件的寄生電容和載流子渡越時間，從而降低系統帶寬。因此，現有的高速光接收機的有源感光面積往往比較小，不僅會影響接收光功率及信噪比，而且也增加了光路對準的難度。針對這一難題，課題組突破傳統高速光接收前端架構的局限性，提出并驗證了一種采用自適應直流光電流消除技術的新型差分雙探測器光接收前端架構。該架構采用差分方式連接兩個光電二極管，并引入自適應的直流光電流消除電路來解決差分連接的光電二極管所導致的直流失調問題，從而可以在不影響帶寬、噪聲等關鍵性能的前提下將現有高速光接收機的感光面積提高一倍，極大改善了光接收機的性能。與已有的差分光接收前端需要兩束差分入射光不同，所提出的新型差分光接收前端可對單束入射光實現差分接收，大大降低了系統復雜度。此外，該研究還提出一種基于差分對結構的電流復用跨阻放大器，以進一步提高光接收機的靈敏度。芯片測試結果表明，所提出的新型差分光接收前端架構能將光接收芯片的誤碼率降低三個數量級，具有重要的科學和應用價值。
圖1：采用自適應直流光電流消除技術的新型差分雙探測器光接收前端架構及芯片。
圖2：(a)與(b)分別為單探測器接收信號的眼圖；(c)為雙探測器接收信號的眼圖。
以上工作得到國家自然科學基金等項目的支持，電子與信息工程學院（微電子學院）碩士研究生王恒博、朱建平也對該研究做出了重要貢獻。
