Schmid, Rolf

Monolithisch integrierte Treiberschaltungen in Si-Bipolartechnologie zur Modulation der Lichtleistung in Glasfaserübertragungssystemen höchster Datenraten

Gegenstand der Dissertation ist die Entwicklung monolithisch integrierter Treiberschaltungen in Silizium-Bipolartechnologie für die Lichtwellenmodulation im Sendemodul von Hochgeschwindigkeits-Glasfaser-Übertragungssystemen. Es wurden ein Laserdioden- und Modulatortreiber für 10-Gbit/s-Systeme, ein 20-Gbit/s-Modulatortreiber und ein spezieller Treiber zur Ansteuerung eines Elektroabsorptionsmodulators (EAM) in einem 40-Gbit/s-System entwickelt, realisiert und vermessen. Verglichen mit Schaltungen in III-V-Halbleitertechnologien sind die Leistungsdaten der realisierten Silizium-Treiber gleichwertig, teilweise sogar besser. Ausnahmslos alle Schaltungen waren zum Zeitpunkt der Veröffentlichung der Dissertation weltweit Rekordhalter für Si-Bipolartechnologien. Spezielle Entwurfsprobleme solcher Schaltungen - unter anderem Pulsformsymmetrierung, Hochstromeffekte, Transistordurchbruch, Stabilität und Chiptemperatur - werden zusammen mit adequaten Lösungen detailliert behandelt.

The dissertation deals with the development of monolithically integrated driver circuits in silicon-bipolar technology for laser modulation in ultra-high-speed optical-fiber systems. A laser diode and modulator driver for 10-Gb/s-systems, a 20-Gb/s modulator driver, and a novel circuit for driving an electroabsorption modulator (EAM) in a 40-Gbit/s-system were developed, realized and characterized. When compared to circuits in III-V compound semiconductor technologies the performance of the realized silicon drivers is of equal value, in part even better. Without exception all circuits held worldwide records for silicon-based bipolar technologies at the time of publication of the dissertation. Special design problems of such circuits - e.g. shaping of pulsform, high-current effects, transistor breakdown, stability, and on-chip temperature - together with adequate solutions are discussed in detail.