Conception d'amplificateurs transimpédance pour la photoreception dans des liaisons optiques à haut débit
Institution:
Paris 6Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
Optoelectronic interfaces are the heart of optical fiber communication systems. This work describes the optimisation of photoreception front end circuit associating a photodetector with a preamplifier. This preamplifier is one of the most critical components in the photoreception system, because it determines mainly its sensitivity. Considering the state of art of the front-end circuits, our choice was made on transimpédance amplifier (TIA) with negative feedback. Several transimpedance amplifier (TIA) architectures were optimised and realised with two different GaAs MMIC technologies (OMMIC and Win Semiconductor). The principal constraints fixed by the considered applications are circuit compactness, bandwidth (more than 12 GHz), transimpedance gain (more than 47 dB), dynamic range and low consumption. Two identical TIA structures have been implemented on the same chip with dimension of 1 x 1. 5 mm2. The performances comparison of these various circuits, associated with retro-simulations, highlighted the need of having accurate active components models, mainly at high frequencies. Solutions are also proposed to improve the photoreceiver performances, associating one of these TIAs with a photodiode, specifically for bandwidth broadening.
Abstract FR:
Les interfaces optoélectroniques sont au cœur des télécommunications par fibre optique. L'étude présentée dans ce mémoire concerne la tête de photoréception composée d'un photodétecteur associé à un préamplificateur. Ce préamplificateur est l'un des composants les plus critiques dans la chaîne de photoréception, car il détermine en particulier la sensibilité du système. Après avoir dressé un état de l'art des circuits d'extrémité, notre choix s'est porté sur un amplificateur de type transimpédance (TIA) à contre-réaction. Plusieurs architectures d’amplificateurs transimpédance ont été optimisées et réalisées avec deux technologies différentes de circuits MMIC sur GaAs (OMMIC et Win Semiconductor). Les principales contraintes fixées par les applications envisagées sont la compacité du circuit, la bande passante (supérieure à 12 GHz), le gain transimpédance (supérieur à 47 dB), la dynamique et la faible consommation. Les circuits ainsi réalisés nous permettent de disposer sur une même puce de dimension de 1 x 1. 5 mm2 deux structures TIA identiques. La comparaison des performances de ces divers circuits associée à des rétro-simulations ont mis en évidence l'importance de disposer de modèles précis de composants actifs surtout vers les hautes fréquences. Des solutions ont été proposées pour améliorer les performances du photorécepteur faisant appel à l’un de ces TIA associé à une photodiode du commerce, en particulier en ce qui concerne la bande passante.