Four-Channel Differential CMOS Optical Transimpedance Amplifier Arrays for Panoramic Scan LADAR Systems

In this paper, a couple of 4-channel differential transimpedance amplifier arrays are realized in a standard 0.18um CMOS technology for the applications of linear LADAR(laser detection and ranging) systems. Each array targets 1.25-Gb/s operations, where the current-mode chip consists of current-mirror input stage, a single-to-differential amplifier, and an output buffer. The input stage exploits the local feedback current-mirror configuration for low input resistance and low noise characteristics. Measurements demonstrate that each channel achieves $69-dB{\Omega}$ transimpedance gain, 2.2-GHz bandwidth, 21.5-pA/sqrt(Hz) average noise current spectral density (corresponding to the optical sensitivity of -20.5-dBm), and the 4-channel total power dissipation of 147.6-mW from a single 1.8-V supply. The measured eye-diagrams confirms wide and clear eye-openings for 1.25-Gb/s operations. Meanwhile, the voltage-mode chip consists of inverter input stage for low noise characteristics, a single-to-differential amplifier, and an output buffer. Test chips reveal that each channel achieves $73-dB{\Omega}$ transimpedance gain, 1.1-GHz bandwidth, 13.2-pA/sqrt(Hz) average noise current spectral density (corresponding to the optical sensitivity of -22.8-dBm), and the 4-channel total power dissipation of 138.4-mW from a single 1.8-V supply. The measured eye-diagrams confirms wide and clear eye-openings for 1.25-Gb/s operations.

파노라믹 스캔 라이다 시스템용 4-채널 차동 CMOS 광트랜스 임피던스 증폭기 어레이

본 논문에서는 선형성을 가진 파노라믹 스캔 라이다(PSL) 시스템용의 4-채널 차동 트랜스임피던스 증폭기 어레이를 0.18-um CMOS 공정을 이용하여 구현하였다. PSL시스템을 위한 성능의 비교분석을 위하여 전류모드 및 전압모드의 두 종류 트랜스임피던스 어레이 칩을 각각 구현하였으며, 채널당 1.25-Gb/s 동작속도를 갖도록 설계하였다. 먼저 전류모드 칩의 경우, 각 채널 광 수신입력단은 전류미러 구조로 구현하였으며, 특히 로컬 피드백 입력구조로 개선하여 낮은 입력저항과 낮은 잡음지수를 가질 수 있도록 설계하였다. 칩 측정 결과, 채널 당 $69-dB{\Omega}$ 트랜스임피던스 이득, 2.2-GHz 대역폭, 21.5-pA/sqrt(Hz) 평균 잡음 전류 스펙트럼 밀도, -20.5-dBm 수신감도, 및 1.8-V 전원전압에서 4채널 총 147.6-mW 소모전력을 보이며, 1.25-Gb/s 동작속도에서 크고 깨끗한 eye-diagram을 보인다. 한편, 전압모드 칩의 경우, 각 채널 광 수신입력단은 인버터 입력구조로 구현하여 낮은 잡음지수를 갖도록 설계하였다. 칩 측정 결과, 채널 당 $73-dB{\Omega}$ 트랜스임피던스 이득, 1.1-GHz 대역폭, 13.2-pA/sqrt(Hz) 평균 잡음 전류 스펙트럼 밀도, -22.8-dBm수신감도, 및 4채널 총 138.4-mW 소모전력을 보이며, 1.25-Gb/s 동작속도에서 크고 깨끗한 eye-diagra을 보인다.