• JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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• 제17권4호
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• pp.561-567
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• 2017

This paper presents a 4-channel common-cathode VCSEL driver array operating up to 6.25 Gb/s per channel for the applications of HDMI 2.0 active optical cables. The proposed VCSEL driver consists of an input buffer, a modified Cherry-Hooper amplifier as a pre-driver, and a main driver with pre-emphasis to drive a common-cathode VCSEL diode at high-speed full switching operations. Particularly, the input buffer merges a linear equalizer not only to broaden the bandwidth, but to reduce power consumption simultaneously. Measured results of the proposed 4-channel VCSEL driver array implemented in a $0.13-{\mu}m$ CMOS process demonstrate wide and clean eye-diagrams for up to 6.25-Gb/s operation speed with the bias current 2.0 mA and the modulation currents of $3.1mA_{PP}$. Chip core occupies the area of $0.15{\times}0.1{\mu}m^2$ and dissipate 22.8 mW per channel.

• 한국통신학회논문지
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• 제38A권1호
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• pp.88-95
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• 2013

본 논문에서는 $0.18{\mu}m$ CMOS 공정 기술을 이용하여 광트랜시버에 사용된 1550 nm 고속 VCSEL을 구동하는 드라이버 회로를 제안한다. 3.1Gb/s 데이터 속도에서 기존 구조에 비하여 향상된 대역폭, 이득 및 아이 다이어그램을 확인하였다. 본 논문에서는 다중채널 어레이 집적모듈을 갖는 광트랜시버에 응용하기 위한 3.1Gb/s VCSEL 드라이버의 설계 및 레이아웃을 확인한다.

• 전자공학회논문지
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• 제54권1호
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• pp.33-38
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• 2017

본 논문에서는 채널 당 3.125-Gb/s 동작 속도를 갖는 4-채널 공통-캐소드 VCSEL 다이오드 드라이버 어레이 칩을 구현하였다. 스위칭 동작하는 메인 드라이버의 동작속도 향상을 위해, 액티브 인덕터를 사용한 전치증폭단과 이퀄라이저 기능을 탑재한 입력버퍼단으로 구성하였다. 특히 개선된 입력버퍼단의 경우, 주파수 영역의 피킹으로 대역폭 증대뿐 아니라 비교적 적은 전류로 동작하도록 설계하였다. 본 논문에서 사용한 VCSEL 다이오드는 2.2 V 순방향 전압과 $50{\Omega}$ 기생저항 및 850 fF 기생 캐패시턴스를 갖는다. 또한, 3.0 mA 변조전류 및 3.3 mA 바이어스 전류로 동작하므로, 두 개의 독립적인 전류소스로 구동 가능한 current steering 기반의 메인 드라이버를 설계하였다. 제안한 4-채널 광 송신기 어레이 칩은 $0.11-{\mu}m$ CMOS 공정을 이용하여 제작하였다. 칩 코어의 면적은 $0.15{\times}0.18{\mu}m^2$ 이며, 채널 당 22.3 mW 전력소모를 갖는다.

• 한국통신학회논문지
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• 제38B권6호
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• pp.427-434
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• 2013

본 논문은 멀티 채널의 어레이 집적 모듈을 갖는 광트랜시버를 위한 2.5 Gbps 어레이 VCSEL driver의 설계 및 구현에 관한 것이다. 본 논문에서는 광트랜시버에 적용된 1550 nm high speed VCSEL을 드라이브하기 위하여 $0.18{\mu}m$ CMOS 공정 기술을 이용하여 자동 광전력제어 기능을 갖는 2.5 Gbps VCSEL (수직 공진기 표면 방출 레이저) 드라이버 어레이를 구현하였다. 광트랜스미터의 폭넓은 대역폭 향상을 위해 2.5 Gbps VCSEL Driver에 네가티브 용량성 보상을 갖는 능동 궤환 증폭기 회로를 채용한 결과 기존 토폴로지에 비해 대역폭, 전압 이득 및 동작 안정성의 뚜렷한 향상을 보였다. 4채널 칩은 최대 변조 및 바이어스 전류하에서 1.8V/3.3V 공급에서 140 mW의 DC 전력만 소모하고, 다이 면적은 기존 본딩 패드를 포함하여 $850{\mu}m{\times}1,690{\mu}m$를 갖는다.

• 한국통신학회논문지
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• 제35권4A호
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• pp.408-416
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• 2010

플립 칩(Flip-Chip) 본딩을 적용하는 광 송신용 모듈에서 구동 IC(Driver IC)와 VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser) 사이의 전송선에서 반사특성을 개선시키기 위한 덤벨 형태의 CPW 전송선 구조를 제안하였다. 제안된 구조는 반사특성을 개선시키기 위하여 기판 측면의 플립 칩 본딩 구조에 그라운드 더미 솔더 볼을 이용하여 CPW 전송선 구조를 유지하였고, 덤벨 형태의 CPW 전송선으로 설계하여 반사특성을 개선시켰다. 시뮬레이션 결과, 덤벨형태의 CPW 전송선의 반사 특성이 일반적인 CPW 전송선보다 13 dB 정도 우수한 것으로 나타났으며, CPW 전송선의 형태를 유지시키는 더미 그라운드 솔더 볼이 있을 때 4 dB 정도 반사특성이 개선되었다. 구동 IC 와 VCSEL의 임피던스 변화에 기인하는 전송선의 입출력 임피던스의 변화에 따른 반사특성의 변화율은 ${\pm}2.5\;dB$ 정도로 나타났다.

• 한국통신학회논문지
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• 제40권7호
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• pp.1347-1353
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• 2015

$0.13-{\mu}m$ CMOS 공정기술을 이용하여 10 Gb/s 4채널 수직공진 표면 광레이저 (VCSEL) 드라이버 어레이를 구현하였다. 높은 전류 해상도, 전력 소모 및 칩 면적의 향상을 위해 시분할 센싱기법을 사용한 디지털 APC/AMC가 최초로 채택되었다. 측정된 -3 dB 주파수 대역폭은 9.2 GHz이고, 소신호 이득은 10.5 dB, 그리고 전류 해상도는 폭넓은 온도 범위에 대해 10 Gb/s 까지 안정한 파장동작을 위한 1 mA/step이다. 제안된 APC/AMC는 5 ~ 20 mA 의 바이어스 전류 제어 및 5 ~ 20 mA 의 변조전류제어를 입증하였다. 4 채널 칩 소모전력은 최대 바이어스 및 변조전류 하에서 371 mW, 칩 사이즈는 $3.71{\times}1.3mm^2$이다.

• JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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• 제16권3호
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• pp.274-286
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• 2016

This paper presents a 4-channel multi-rate vertical-cavity surface-emitting laser (VCSEL) driver. In order to keep the output power constant with respect to the process, voltage, temperature (PVT) variations, this research proposes automatic power and magnitude. For the fast settling time, the high-speed 10-bit time-interleaved Flash-successive approximation analog to digital converter (Flash-SAR ADC) is proposed and shared for automatic power and magnitude calibration to reduce the die area and power consumption. This chip is fabricated using $0.13-{\mu}m$ CMOS technology and the die area is $4.2mm^2$. The power consumption is 117.84 mW per channel from a 3.3 V supply voltage at 10 Gbps. The measured resolution of bias /modulation current for APC/AMC is 0.015 mA.

• ETRI Journal
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• 제26권1호
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• pp.1-6
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• 2004

The photonic quantum ring (PQR) laser is a three dimensional whispering gallery (WG) mode laser and has anomalous quantum wire properties, such as microampere to nanoampere range threshold currents and ${\sqrt{T}}$-dependent thermal red shifts. We observed uniform bottom emissions from a 1-kb smart pixel chip of a $32{\times}32$ InGaAs PQR laser array flip-chip bonded to a 0.35 ${\mu}m$ CMOS-based PQR laser driver. The PQR-CMOS smart pixel array, now operating at 30 MHz, will be improved to the GHz frequency range through device and circuit optimization.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제48권12호
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• pp.52-57
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• 2011

본 논문에서는 $0.18{\mu}m$ CMOS 공정을 이용하여 초고속 디지털 인터페이스 응용을 위한 4-채널 광 송신기를 구현하였다. 특히 VCSEL 드라이버 회로 내에 피드포워드 기법을 사용하였고, 프리앰프 회로 내에 펄스 폭 컨트롤 기법을 사용함으로써, 채널 당 2.5-Gb/s 동작속도를 가지며, 4mA의 바이어스 전류 및 $2{\sim}8mA_{pp}$의 모듈레이션 전류를 구동하고, 펄스 폭 왜곡을 줄이는 효과를 갖는다. 4-채널 광 송신기 어레이 칩의 면적은 $1.0{\times}1.7mm^2$ 이며, 단일 1.8V 전원전압에서 최대전류 구동 시 채널당 35mW의 낮은 전력을 소모한다.