Entwicklung integrierter Treiber-Verstärker für optische Übertragungssysteme in SiGe-Bipolar-Technologie

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung von Treiberverstärkern in SiGe-Bipolar-Technologie für optische Übertragungsstrecken. Die Zielspezifikationen solcher Treiber fordern nicht nur hohe Bandbreiten bzw. Datenraten, sondern auch große Ausgangsspannungshübe im Vergleich zur Durchbruchsspannung der Transistoren. Darüber hinaus wird je nach Anwendung eine hohe Linearität angestrebt. Das Ziel der Arbeit ist die Entwicklung neuer Methoden zur Entwicklung von Treiberverstärkern, die das Erreichen dieser Anforderungen ermöglichen. Treiberschaltungen zeichnen sich besonders durch die großen Spannungshübe aus, die wiederum große Ströme bedingen. Die dadurch entstehenden, großen Verlustleistungsdichten erfordern eine genaue thermische Analyse der Schaltungen. Außerdem werden Schaltungskonzepte vorgestellt, um die Leistungsaufnahme der Treiberschaltungen zu reduzieren. Bedingt durch die großen Ströme in Verbindung mit parasitären Induktivitäten sind Treiberschaltungen besonders anfällig für Instabilitäten. Daher wird die Analyse und Dimensionierung der Schaltungen im Hinblick auf ihre Stabilität ausführlich behandelt. Die Anwendung der neuen Methoden und Konzepte wird am Beispiel der Entwicklung von drei grundlegend unterschiedlichen Treiberschaltungen demonstriert, die jeweils den Stand der Technik erweitern.The subject of this thesis is the development of driver amplifiers in SiGe bipolar technology for optical communication links. The target specifications of such drivers require not only high bandwidths and data rates, but also high output voltage swings compared with the breakdown voltage of the transistors. Furthermore, depending on the application, a high linearity is aimed at. The goal of this work is the development of new methods for the development of driver amplifiers to facilitate the achievement of these objectives. Driver circuits feature in particular high voltage swings and consequently require high currents. The corresponding high power densities require a precise thermal analysis of the circuits. Furthermore, circuit concepts to reduce the power consumption of driver circuits are presented. Because of the high currents in conjunction with parasitic inductances driver circuits are prone for instabilities. Hence, the analysis of the circuits with regard to their stability is elaborately examined. The application of the new methods and concepts is demonstrated at the example of the development of three fundamentally different driver circuits which in each case expand the state of the art

Reduced Equalization Needs of 100 GHz Bandwidth Plasmonic Modulators

As bit rates of optical interconnects increase, a large amount of complicated signal conditioning is needed to compensate for the insufficient bandwidth of current modulators. In this paper, we evaluate the reduced equalization requirements of high-bandwidth plasmonic modulators in short-reach transmission experiments. It is shown that transmission of 100 Gbit/s nonreturn-to-zero (NRZ) and 112 Gbit/s pulse-amplitude modulation4 over 1 km and 2 km distance is possible without any receiver equalization. At higher bit-rates, such as 120 Gbit/s NRZ, data transmission is demonstrated over 500 m with reduced receiver equalization requirements. Transmission up to 200 Gbit/s over 1 km is also shown with more complex receiver equalization. The reduced complexity of the receiver digital signal processing is attributed to a flat frequency response of at least 108 GHz of the plasmonic modulators. All single wavelength transmissions have been performed at 1540 nm in standard single mode fiber

Low-Power Data Center Transponders Enabled by Micrometer-scale Plasmonic Modulators

Plasmonic modulators allow for high-speed data modulation beyond 200GBd at the micrometer-scale and low driving voltages below 700mV. The compact footprint enables dense integration and makes plasmonic modulators a promising solution for next-generation optical interconnects. (C) 2020 The Author(s

Plasmonic modulator with >170 GHz bandwidth demonstrated at 100 GBd NRZ

ISSN:1094-408

Monolithic High-Speed Transmitter Enabled by BiCMOS-Plasmonic Platform

A monolithic BiCMOS-plasmonic transmitter offering 120 GBd NRZ-OOK is demonstrated. The chip comprises an electronic-photonic layer stack. The SiGe BiCMOS electrical layers offer PRBS generation and 4:1 power multiplexing, while the plasmonic layer offers electro-optical modulation at highest speed

A monolithic bipolar CMOS electronic-plasmonic high-speed transmitter

ISSN:2520-113