与微环调制器耦合的端接电路以减少信号反射的制作方法

1.本公开的实施例总体上涉及光子集成电路(pic)的领域，具体地涉及pic内的微环调制器(mrm)。


背景技术：

2.计算平台越来越多地利用使用硅作为光学介质的光子系统。可以被实现为pic的这些光子系统可以用作光学互连，以在微芯片之间和微芯片内提供更快的数据传输。
附图说明
3.通过以下具体实施方式结合附图，将容易地理解实施例。为了促进该描述，相同的附图标记表示相同的结构元件。在附图的图中，通过示例而非限制的方式示出了实施例。
4.图1示出了根据各种实施例的具有使用微环调制器(mrm)的pic的两个简化的发射机框图。
5.图2示出了根据各种实施例的包括源、mrm和各种端接(termination)电路的示例电路模型。
6.图3示出了根据各种实施例的具有和不具有端接的示例输入反射系数和发射机频率响应。
7.图4示出了根据各种实施例的用于实现与mrm耦合的端接电路以减少信号反射的示例过程。
8.图5示意性地示出了根据一个实施例的计算设备500。
具体实施方式
9.硅光子学已经被证明是用于制造光学发射机模块的领先技术中的一种。在过去的几年间，数以百万计的单元已经被部署到整个数据中心。随着行业过渡到每通道100gb/s以及更高的数据速率，能够以功率高效的方式适应这些高数据速率的光学调制器将变得越来越重要。旧有的mach-zehnder调制器(mzm)因其成熟的技术以及对温度和波长漂移的耐受性已经成为一种受欢迎的选择。然而，随着连通带宽趋势的增加，使用mzm来满足功耗和占用空间要求已经变得越来越具有挑战性。
10.mrm由于其较高的效率、紧凑的尺寸和较低的功耗，已经显示出巨大的潜力。mrm是光子引擎模块的支持组件，其被设计用于共同封装，例如，与以太网交换机专用集成电路(asic)共同封装，以及与中央处理单元(cpu)共同封装的光学件共同封装。使用mrm的挑战在于，由于其电容性质，反射系数的大小非常接近1。因此，驱动mrm的rf电信号的很大一部分在电光(e/o)转换期间被反射回驱动器。这就源与mrm之间的电通道长度以及驱动器阻抗而言施加了限制。
11.减轻来自mrm的反射的影响的一种旧有的方法是保持驱动器输出与环形调制器输入rf焊盘之间反射信号的往返时间远低于单个发送的数据符号的持续时间。这是通过在驱
动器与mrm之间有短的电通道来实现的，例如，对于56gbaud信号，该电通道为几百微米的数量级。然而，短的通道要求导致驱动器以及pic设计中的降低的灵活性，如下面关于图1所示。例如，mrm必须放置在pic的边缘，这限制了设计的灵活性。偏置电路需要被包括在驱动器中，以提供驱动mrm的dc耦合信号，这进而会导致封装和高速性能方面的挑战。作为示例，驱动器需要在输出级包括串联电容和偏置电阻器，以向进入mrm的信号提供dc偏置。电容和/或电阻值需要足够大以实现合理的低频截止。然而，利用旧有的工艺技术在驱动器中实现1nf或更高数量级的电容集成是不可能的。另一方面，由于来自mrm的光电流的生成，大的电阻可以导致显著的电压下降。
12.减轻反射的影响的另一种旧有的方法依赖于发射机数字信号处理器(dsp)中的有限脉冲响应(fir)抽头来补偿驱动器与mrm之间的反射。预补偿所要求的后游标(post-cursor)的数量将取决于电通道的长度。商业可用的dsp在发送侧具有有限的均衡能力，这通常不足以补偿时间上延伸超过几个单位间隔(ui)的反射。即使利用在发射机处具有反射补偿能力的定制dsp设计，也会由于抽头的有限的分辨率而导致性能损失。另外地，使用发射dsp抽头来减轻反射将导致有效电压摆动的降低以及较少的符号间干扰(isi)补偿能力。
13.本文描述的实施例针对将mrm与端接电路耦合，以在与驱动器耦合的pic内使用时降低mrm的反射系数。在实施例中，端接电路可以使用一个或多个无源元件。在实施例中，可以考虑驱动器、通道和环形调制器特性来针对给定系统选择端接阻抗。在实现方式中，实施例使驱动器与环形调制器之间的电反射最小化并改进了子系统带宽，并且允许驱动器和pic的更灵活的设计、放宽封装要求，并允许在成本和功耗低于分立驱动器解决方案的情况下使用集成驱动器和dsp实现方式。特别地，这对于共同封装可能很重要。
14.在以下描述中，将使用本领域技术人员通常采用的术语来描述说明性实现方式的各种方面，以将他们的工作的实质传达给本领域的其他技术人员。然而，对于本领域技术人员将显而易见的是，本公开的实施例可以仅通过所描述的方面中的一些来实践。出于解释的目的，阐述了具体数字、材料和配置以提供对说明性实现方式的透彻理解。对于本领域技术人员将显而易见的是，可以在没有具体细节的情况下实践本公开的实施例。在其他实例中，省略或简化了公知的特征，以免混淆说明性实现方式。
15.在下面的详细描述中，参考形成其一部分的附图，其中相同的附图标记始终表示相同的部分，并且在附图中通过说明的方式示出了其中可以实践本公开的主题的实施例。应当理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可以利用其他实施例并且可以进行结构或逻辑改变。因此，以下详细描述不应被视为限制意义的，并且实施例的范围由所附权利要求书及其等同物限定。
16.出于本公开的目的，短语“a和/或b”意味着(a)、(b)或(a和b)。出于本公开的目的，短语“a，b和/或c”意味着(a)、(b)、(c)、(a和b)、(a和c)、(b和c)或(a，b和c)。
17.描述可以使用基于透视的描述，例如，顶部/底部、内/外、上方/下方等。这样的描述仅用于促进讨论并且不旨在将本文描述的实施例的应用限制为任何特定方向。
18.描述可以使用短语“在实施例中”或“在多个实施例中”，它们可以各自指代相同或不同的实施例中的一个或多个。此外，关于本公开的实施例使用的术语“包括”、“包含”、“具有”等是同义词。
19.术语“与
……
耦合”及其派生词可以在本文中使用。“耦合”可以意味着以下各项中
的一个或多个。“耦合”可以意味着两个或更多个元件直接物理或电接触。然而，“耦合”也可以意味着两个或更多个元件间接相互接触，但仍然彼此协作或交互，并且“耦合”可以意味着一个或多个其他元件耦合或连接在被称为彼此耦合的元件之间。术语“直接耦合”可以意味着两个或更多个元件直接接触。
20.图1示出了根据各种实施例的具有使用mrm的pic的两个简化的发射机框图。旧有的实现方式100示出了耦合到衬底102的dsp 104、驱动器106和pic 108。pic 108包括mrm 110。在旧有的实现方式中，mrm 110被定位为接近驱动器106。第一通道112将dsp 104电连接到驱动器106。第二通道114将驱动器106与pic 108和mrm 110电连接，其中第二通道114的间距小于1mm。
21.mrm 110、160可以被认为是集总设备，其中可以假设电阻、电感和电容集中在一个地方，因为它的尺寸远小于高速射频信号沿着各种通道112、114以及用于数据中心互连的其他通道(未示出)的操作波长(rf)。例如，mrm 110、160的尺寸可以小于100μm。因此，与使用具有几毫米长度的常规的行波电极(twe)mzm的系统相比，使用mrm的系统的电光协同设计要求不同的考虑因素。
22.由于mrm 110、160的电容性质，其反射系数(或s11)的大小非常接近1。因此，在e/o转换期间，驱动mrm的rf电信号的很大一部分被反射回源。这就从驱动器(或源)到mrm的电通道长度和驱动器(或源)阻抗而言施加了限制。
23.在旧有的实现方式中，驱动器信号源需要在输出级中包括端接，以衰减从mrm反射的电信号。另外地，驱动器/源与mrm之间的电通道长度需要尽可能短(典型地在几百微米的量级)，以防止反射导致显著的性能退化。对于具有直接检测的成本敏感数据中心应用，长的电通道导致时域中的反射扩展超出了商业dsp中可用的有限脉冲响应(fir)抽头的补偿能力。
24.现在回到旧有的实现方式100，由于短通道114的要求，驱动器106和pic 108需要彼此非常接近(例如，不超过1mm)，这对驱动器106和pic 108实现方式带来了挑战。此外，必须将mrm 110调制器放置在pic 108的边缘108a处或靠近边缘108a，从而限制了pic 108的设计灵活性。另外地，驱动器106还需要向mrm 110提供dc耦合信号以实现偏置。此外，因为关于图2进一步讨论的偏置电路优选地被包括在驱动器106中，所以从封装和高速性能的角度来看存在挑战。
25.发射机150示出了一个实施例，其通过在pic 158内引入与mrm 160耦合的端接电路159，在不引入显著的复杂度的情况下允许驱动器156和pic 158的独立设计。在其他实施例中，端接电路159可以位于pic 158外部。发射机150还包括与dsp 154、驱动器156和pic 158耦合的衬底152。另外地，第一通道162将dsp 154与驱动器156电耦合，并且第二通道164将驱动器156与pic 158电耦合。第一通道162和第二通道164可以是位于衬底152的表面上的迹线布线，或位于衬底152的层内的布线。第二通道164可以大于1mm，如关于旧有的实现方式100的旧有的第二通道114所示的。
26.关于该实施例，来自mrm 160的反射由于端接电路159的存在而显著降低。另外地，由于驱动器156与pic 158之间的第二通道164间距更大，因此具有更多的设计灵活性。此外，将mrm 160定位在pic 158内有更大的灵活性，例如，不必将mrm 160定位为接近最靠近驱动器156的表面158a。另外地，该实施例还简化了针对mrm 160的偏置。mrm偏置可以由端
接159提供(如图2中示出的)，其中端接电路250和270作为两个示例给出。替代实现方式可以是从源侧偏置mrm 160，其中dsp 154、驱动器156和偏置器(bias-tees，未示出)集成在一起。
27.端接电路159可以包括无源元件，以优化反射系数和整体发射机传递函数，并且这关于图2进一步讨论。在实施例中，端接电路可以位于pic 158内，或者作为分立组件(未示出)位于接近pic 158并经由电通道与mrm 160 rf焊盘(未示出)耦合。虽然驱动器156被示为分立组件，但在实施例中，驱动器156可以集成到dsp 154中，从而降低发射机150的复杂度和功耗。
28.图2示出了根据各种实施例的包括源、mrm和各种端接电路的示例电路模型。mrm电路200示出了具有zs阻抗的简化信号源vs。r
si
是硅衬底电阻，c
ox
是氧化层电容，并且c
pad
是接地与信号焊盘之间通过电介质的电容。r
pn
表示环形pn结电阻，并且c
pn
表示pn结电容。在各种实施例中，可以通过将输入反射系数s
11
的实部和虚部拟合到由例如未端接的探针进行的测量来提取电路元件的值。端接阻抗z
term
连接到rf焊盘。虽然可以基于要求的系统特性通过无源元件的任何组合来实现z
term
，但示出了第一示例端接电路250和第二示例端接电路270。
29.在实施例中，可以选择所选择的各种组件以优化整体输入阻抗z
in
。
30.环形调制器的输入阻抗z
in
可以被计算为：
[0031][0032]
其中w是角频率，并且对于给定的源阻抗zs，输入反射系数s
11
或г由下式给出
[0033][0034]
发射机的整体响应可以通过将输出信号v
out
(w)除以源信号vs(w)来估计，如下所示
[0035][0036]
图3示出了根据各种实施例的具有和不具有端接的示例输入反射系数和发射机频率响应。图300a-300d为针对50ohm源阻抗，在具有和不具有端接的情况下，使用如图2中示出的mrm电路模型和等式(1)-(3)。
[0037]
基于图2的第一示例端接电路250，端接z
term
是与150ph电感器串联的45ohm电阻器，其中电容足够大，并且在超过100mhz的高频范围内可以忽略。图300a示出，在没有端接电路的情况下，在30ghz以内s
11
的大小高于-4db，这将要求对驱动器架构和rf通道长度引入限制，如上面所讨论的。在具有端接电路的情况下，输入反射被显著改进，从而导致在30ghz以内s
11
的大小优于-18db。
[0038]
图300b示出了归一化的发射机频率响应h
tx
(w)。由于利用端接电路减少了来自mrm的电容性影响，因此发射机的3-db带宽从24ghz改进到60ghz。如图300c和图300d中示出的，端接电路还导致相似或稍微更好的相位响应。
fi(ieee 802.11系列)、ieee 802.16标准(例如，ieee802.16-2005修正)、长期演进(lte)项目以及任何修正、更新和/或修订(例如，高级lte项目、超移动宽带(umb)项目(也称为“3gpp2”)等)。兼容ieee 802.16的bwa网络通常被称为wimax(代表worldwide interoperability for microwave access(微波存取全球互通)的首字母缩写词)网络，其是通过ieee 802.16标准的一致性和互操作性测试的产品的认证标志。通信芯片506可以根据全球移动通信系统(gsm)、通用分组无线电服务(gprs)、通用移动电信系统(umts)、高速分组接入(hspa)、演进的hspa(e-hspa)或lte网络进行操作。通信芯片506可以根据用于gsm演进的增强型数据(edge)、gsm edge无线电接入网络(geran)、通用陆地无线电接入网络(utran)或演进的utran(e-utran)进行操作。通信芯片506可以根据码分多址(cdma)、时分多址(tdma)、数字增强型无绳电信(dect)、演进数据优化(ev-do)、其派生物以及被指定为3g、4g、5g及更高版本的任何其他无线协议进行操作。在其他实施例中，通信芯片506可以根据其他无线协议进行操作。在实施例中，通信芯片506可以包括pic，该pic并入了与mrm耦合的端接电路的所有部分，如本文所讨论的。
[0046]
计算设备500可以包括多个通信芯片506。例如，第一通信芯片506可以专用于较短距离无线通信(例如，wi-fi和蓝牙)，并且第二通信芯片506可以专用于较长距离的无线通信(例如，gps、edge、gprs、cdma、wimax、lte、ev-do等)。
[0047]
计算设备500的处理器504可以包括封装组装件中的管芯，例如，与作为pic的一部分的mrm耦合的端接电路，如本文所描述的。术语“处理器”可以指代处理来自寄存器和/或存储器的电子数据以将该电子数据变换为可以存储在寄存器和/或存储器中的其他电子数据的任何设备或设备的一部分。
[0048]
在各种实现方式中，计算设备500可以是膝上型电脑、上网本、笔记本、超极本、智能电话、平板计算机、个人数字助理(pda)、超移动pc、移动电话、台式计算机、服务器、打印机、扫描仪、监视器、机顶盒、娱乐控制单元、数码相机、便携式音乐播放器或数字录像机。在进一步的实现方式中，计算设备500可以是处理数据的任何其他电子设备，例如，诸如一体化传真机或一体化打印设备之类的一体化设备。
[0049]
各种实施例可以包括上面描述的实施例的任何合适的组合，包括以上以结合形式(和)描述的实施例的替代(或)实施例(例如，“和”可以是“和/或”)。此外，一些实施例可以包括具有存储在其上的指令的一个或多个制品(例如，非暂时性计算机可读介质)，该指令在被执行时导致上面描述的实施例中的任一个的动作。此外，一些实施例可以包括具有用于执行上面描述的实施例的各种操作的任何合适单元的装置或系统。
[0050]
所示实现方式的以上描述(包括在“摘要”中描述的内容)，并非旨在是详尽的或将本公开的实施例限制为所公开的精确形式。尽管本文出于说明性目的描述了具体实现方式和示例，但是相关领域的技术人员将认识到，各种等效修改在本公开的范围内是可能的。
[0051]
可以根据鉴于详细描述对本公开的实施例进行这些修改。所附权利要求书中使用的术语不应被解释为将本公开的各种实施例限制为说明书和权利要求书中公开的具体实现方式。而是，范围将完全由所附权利要求书确定，这些权利要求将根据权利要求的既定的解释原则进行解释。
[0052]
下面提供了一些非限制性示例。
[0053]
示例
[0054]
示例1是一种光学装置，包括：微环调制器(mrm)，其用于接收电信号，并且响应于所接收的电信号而调制光学信号；以及端接电路，其与mrm电耦合，以减少来自mrm的对所接收的电信号的反射的量。
[0055]
示例2可以包括示例1的光学装置，其中，mrm用于从与mrm相邻地设置的驱动器接收电信号。
[0056]
示例3可以包括示例2的光学装置，其中，驱动器与mrm之间的导电距离大于1mm。
[0057]
示例4可以包括示例1的光学装置，其中，端接电路包括一个或多个无源元件。
[0058]
示例5可以包括示例4的光学装置，其中，一个或多个无源元件包括至少一个电阻器元件。
[0059]
示例6可以包括示例1的光学装置，其中，mrm和端接电路被集成在光子集成电路(pic)中。
[0060]
示例7可以包括示例1的光学装置，其中，mrm是光子集成电路(pic)的一部分，并且端接电路是在外部靠近pic的分立组件。
[0061]
示例8可以包括示例1-7中任一个的光学装置，其中，端接电路有助于提供mrm的期望的反射系数。
[0062]
示例9可以是一种用于发送光学信号的方法，该方法包括：提供微环调制器(mrm)，以响应于电信号而调制光学信号；以及将端接电路耦合到mrm，以减少来自mrm的对电信号的反射。
[0063]
示例10可以包括示例9的方法，还包括：提供驱动器电路以将电信号提供给mrm。
[0064]
示例11可以包括示例10的方法，其中，提供驱动器电路包括：提供就导电距离而言与mrm相距至少1mm的驱动器电路。
[0065]
示例12可以包括示例9-11中任一个的方法，其中，耦合端接电路包括：耦合电阻器元件或电容器元件。
[0066]
示例13可以包括示例9-11中任一个的方法，其中，提供mrm和耦合端接电路是形成光子集成电路(pic)的工艺操作。
[0067]
示例14可以是一种光子系统，包括：驱动器，其用于生成和提供电信号；激光器，其用于提供光束；微环调制器(mrm)，其用于响应于从驱动器接收到的电信号而调制光束以输出光学信号；端接电路，其与mrm耦合；并且其中，端接电路用于减少来自mrm的对电信号的反射的量。
[0068]
示例15可以包括示例14的光子系统，其中，驱动器位于距mrm大于1mm的导电距离的位置处。
[0069]
示例16可以包括示例14的光子系统，其中，端接电路向mrm提供阻抗。
[0070]
示例17可以包括示例14的光子系统，其中，激光器和mrm是光子集成电路(pic)的一部分。
[0071]
示例18可以包括示例17的光子系统，其中，端接电路也是pic的一部分。
[0072]
示例19可以包括示例14的光子系统，其中，端接电路有助于提供mrm的期望的反射系数。
[0073]
示例20可以包括示例14-19中任一个的光子系统，其中，端接电路包括一个或多个无源元件。