本發(fā)明屬于集成電路，涉及一種混合集成光子模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。

背景技術(shù)：

1、模數(shù)轉(zhuǎn)換器是數(shù)字世界和物理世界的橋梁，早已被廣泛應(yīng)用。當(dāng)前基于電子技術(shù)的電子模數(shù)轉(zhuǎn)換器受限于帶寬和時間抖動瓶頸，在輸入帶寬、采樣率和量化精度等關(guān)鍵性能指標(biāo)上已接近其極限，因此進(jìn)一步提升已變得相當(dāng)具有挑戰(zhàn)。結(jié)合了超大帶寬、高穩(wěn)定時鐘的光子數(shù)模轉(zhuǎn)換是極具潛力的技術(shù)路線?；诠庾幽?shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)，結(jié)合光子技術(shù)在帶寬、速率和噪聲水平方面的優(yōu)勢，可以成功地將光子學(xué)器件和電子模數(shù)轉(zhuǎn)換器結(jié)合起來，通過新型架構(gòu)實(shí)現(xiàn)了模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)的拓展，使其具備更大的輸入帶寬、更高的采樣率和更高的數(shù)字量化精度。然而目前的光子模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)多采用光纖光頻梳、鈮酸鋰調(diào)制器等分立器件組成，其面臨著尺寸功耗大、一致性差、帶寬低、時間抖動大燈問題。

2、因此，亟需設(shè)計一種混合集成光子模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，集成高性能的光子器件和電子器件，實(shí)現(xiàn)一體化集成的光子模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，降低尺寸功耗和時間抖動、提升采樣速率和數(shù)字量化精度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種混合集成光子模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，解決現(xiàn)有同類系統(tǒng)尺寸大、速率低、不穩(wěn)定的問題，在光子前端中光鐘產(chǎn)生部分采用dfb和高品質(zhì)因子微環(huán)反饋?zhàn)⑷腈i定實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量光學(xué)頻率梳，并與電光采樣部分、電adc和dsp部分混合集成。該設(shè)計可顯著提高光子模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的采樣速率，降低了時間抖動。通過光子器件與電子器件的混合集成，充分利用光子器件大帶寬的優(yōu)勢，本發(fā)明有效地提升了模數(shù)轉(zhuǎn)換采樣速率，較傳統(tǒng)方案顯著降低了系統(tǒng)尺寸和功耗，縮短了信號互連距離，增強(qiáng)了芯片同步性，大幅降低了時間抖動。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、混合集成光子模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，包括：

4、至少一個光子前端，所述光子前端包括：

5、至少一個激光器，用于產(chǎn)生激光信號；

6、至少一個光子頻率梳產(chǎn)生單元，與所述激光器相連，用于產(chǎn)生光子頻率梳；

7、至少一個光開關(guān)陣列，與所述光子頻率梳產(chǎn)生單元相連，用于將光子頻率梳分路成多個通道；

8、至少一個光電探測器陣列，與所述光開關(guān)陣列相連，用于將光子信號轉(zhuǎn)換為電信號；

9、至少一個電子后端，所述電子后端包括：

10、至少一個電模數(shù)轉(zhuǎn)換器陣列，與所述光電探測器陣列相連，用于將電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；

11、至少一個數(shù)字信號處理器，與所述電模數(shù)轉(zhuǎn)換器陣列相連，用于處理所述數(shù)字信號；

12、其中，所述光子前端和所述電子后端集成在同一芯片上。

13、進(jìn)一步，所述光子頻率梳產(chǎn)生單元包括至少一個分布反饋式激光器dfb和至少一個高品質(zhì)因子微環(huán)諧振器，所述dfb和所述微環(huán)諧振器通過自注入鎖定實(shí)現(xiàn)光子頻率梳的產(chǎn)生。

14、進(jìn)一步，所述光開關(guān)陣列包括至少三個高速光開關(guān)，用于將光子頻率梳分路成四個通道。

15、進(jìn)一步，所述光電探測器陣列的帶寬大于等于10ghz。

16、進(jìn)一步，所述電模數(shù)轉(zhuǎn)換器陣列包括至少四個電模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于將電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。

17、進(jìn)一步，所述數(shù)字信號處理器用于將所述電模數(shù)轉(zhuǎn)換器陣列輸出的數(shù)字信號進(jìn)行交織處理。

18、進(jìn)一步，所述混合集成光子模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的采樣速率大于等于20ghz。

19、本發(fā)明的有益效果在于：采用多種光子器件與電子器件的混合集成，充分利用光子器件大帶寬和混合集成互連距離短的優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)了大帶寬的有效分頻與重新組合。該設(shè)計可以有效提升模數(shù)轉(zhuǎn)換采樣速率，顯著降低系統(tǒng)尺寸和功耗，縮短了信號互連距離，增強(qiáng)芯片同步性，大幅降低時間抖動。

20、本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進(jìn)行闡述，并且在某種程度上，基于對下文的考察研究對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的，或者可以從本發(fā)明的實(shí)踐中得到教導(dǎo)。本發(fā)明的目標(biāo)和其他優(yōu)點(diǎn)可以通過下面的說明書來實(shí)現(xiàn)和獲得。

技術(shù)特征：

1.混合集成光子模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，其特征在于：包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合集成光子模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，其特征在于：所述光子頻率梳產(chǎn)生單元包括至少一個分布反饋式激光器dfb和至少一個高品質(zhì)因子微環(huán)諧振器，所述dfb和所述微環(huán)諧振器通過自注入鎖定實(shí)現(xiàn)光子頻率梳的產(chǎn)生。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合集成光子模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，其特征在于：所述光開關(guān)陣列包括至少三個高速光開關(guān)，用于將光子頻率梳分路成四個通道。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合集成光子模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，其特征在于：所述光電探測器陣列的帶寬大于等于10ghz。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合集成光子模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，其特征在于：所述電模數(shù)轉(zhuǎn)換器陣列包括至少四個電模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于將電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合集成光子模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，其特征在于：所述數(shù)字信號處理器用于將所述電模數(shù)轉(zhuǎn)換器陣列輸出的數(shù)字信號進(jìn)行交織處理。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合集成光子模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，其特征在于：所述混合集成光子模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的采樣速率大于等于20ghz。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種混合集成光子模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，屬于集成電路技術(shù)領(lǐng)域。該芯片從左自右分為光子前端和電子后端兩個部分，其中光子前端由光鐘產(chǎn)生與電光采樣兩個功能單元構(gòu)成，電子后端由多通道高精度電ADC組成。本發(fā)明通過三五族有源DFB激光器和氮化硅高品質(zhì)因子微環(huán)混合集成實(shí)現(xiàn)光學(xué)頻率梳的產(chǎn)生，構(gòu)成光子前端中的光鐘功能，基于絕緣體上硅和鍺異質(zhì)集成平臺實(shí)現(xiàn)電光調(diào)制器、高速光開關(guān)、延遲線與光電探測器的集成，構(gòu)成光子前端中的電光采樣功能。該設(shè)計可有效突破電子ADC受限于帶寬和時間抖動的瓶頸，提高了模數(shù)轉(zhuǎn)換的精度和速度。通過結(jié)合集成光子器件超大帶寬、高集成度的優(yōu)勢，本發(fā)明能有效提升模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的速度和精度。

技術(shù)研發(fā)人員：王琦,劉大鵬,黃義,張紅升
受保護(hù)的技術(shù)使用者：重慶郵電大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30