用于通信的集成设备制造技术

本发明专利技术提供了一种光学模块，包括在单个硅基板上具有光学/电气接口和协议转换器的集成设备中，所述光学模块包括：分别与一个或多个激光器装置耦接的一个或多个调制器，用于向光学接口产生第一光信号；以及一个或多个光电检测器，用于检测来自光学接口的第二光信号，以生成电流信号。此外，所述设备包括发送通道模块，耦接在光学模块与电气接口之间，以接收来自电气接口的第一电信号并且提供成帧协议，用于驱动所述一个或多个调制器。而且，所述设备包括耦接在光学模块与电气接口之间的接收通道模块，以处理电流信号，从而将第二电信号发送到电气接口。

【技术实现步骤摘要】
【专利说明】光学模块交叉引用相关申请本申请要求于2014年3月3日提交的美国临时申请第61/947，374号的优先权，该临时申请具有共同受让人并且全文实际上并入本文中，以作参考。
本专利技术涉及电信技术。更具体而言，本专利技术的各种实施方式提供了通信接口，该接口被配置为通过光学通信网络传输具有高带宽的数据。
技术介绍
在过去的几十年，通信网络的使用迅猛发展。在早期的因特网中，流行的应用程序限于电子邮件、公告栏以及主要基于信息和文本的网页浏览，并且所传输的数据量通常较小。如今，因特网和移动应用程序需要大量带宽，用于传输照片、视频、音乐以及其他多媒体文件。例如，社会网络(例如，Facebook)每天处理超过500TB的数据。随着对数据和数据传输的这种高度需求，需要提高现有数据通信系统，以解决这些需要。
技术实现思路
在某些实施方式中，由在脊柱-叶(spine-leaf)网络架构内的各种装置(例如，脊柱交换机和叶交换机)使用通信接口，这允许在服务站之间共享大量数据。在现代电气互连系统中，高速串行链路代替了并行数据总线，并且由于CMOS技术的演变，所以串行链路速度快速增大。因特网宽带几乎每隔两年就翻倍，遵循摩尔定律。但是摩尔定律在今后十年结束。标准的CMOS硅晶体管在大约5nm时停止扩展。并且，由工艺放大造成的因特网带宽增大达到平衡。但是，因特网和移动应用程序连续需要大量带宽，来传输照片、视频、音乐以及其他多媒体文件。本公开描述了用于在摩尔定律之外提高通信带宽的技术和方法。串行链路性能由通道电气带宽和电子元件限制。为了解决由带宽限制造成的符号间干扰(ISI)问题，需要使所有电气元件尽可能接近，以减少在其间的距离或通道宽度。在所谓的3-D IC内堆叠芯片，保证一次性提高其功能，但是非常昂贵。在本公开中实现这个目标的另一种方法是使用多芯片模块技术。在一个实例中，增大带宽的一种替换方法是使光学装置接近电气装置移动。硅光子是一种用于使光学器件更接近硅移动的重要技术。在这个专利申请中，公开一种高速电气光学器件多芯片模块装置，用于实现每秒兆兆位的速度，并且公开其变体。在一个实例中，本专利技术提供了一种用于高速电信的集成设备。该集成设备包括基于硅光子的光学模块，该模块被配置为将电信号转换成光信号，用于进行100Gb/S或400Gb/s高速率通信。光学模块被配置为在具有20nm信道间隔的粗波分多路复用(CWDM)网格中输出具有波长的一个或多个光信号，例如，具有峰值为I270nm的第一波长的第一激光、具有峰值为I290nm的第二波长的第二激光、具有峰值为1310nm的第三波长的第三激光以及具有峰值为1330nm的第四波长的第四激光。光学模块替换地配置为在具有从1525到1565nm的范围内的c带内具有峰值波长的密集波分复用(DWDM)网格中输出一个或多个信道波长。在一个实例中，用于在CWDM网格或DWDM网格中生成激光波长的包含在光学模块内的每个激光器装置是DFB，其特征在于具有足够低的噪音，以满足通过10km的PAM N传输，在此，N具有从2到8的范围(通常，N = 2n，1.e.，2，4，8等)。在一个实例中，包含在光学模块内的每个激光器装置的特征在于RIN(CNR) <-140dB/Hz或更好。在一个实例中，每个激光器装置未冷却或者进行冷却。如果未冷却，那么降低功耗，同时使波长“浮动”，产生更低的光谱密度。在另一个实例中，光学模块进一步包括TEC (热电冷却器)，以便为每个激光提供温度稳定。在一个实例中，使用以载波损耗模式操作的硅马赫曾德尔调制器，外部调制每个激光。 在一个实例中，光学模块进一步包括一个或多个高速光电检测器，其由锗材料制成，在硅基板上集成并且耦接至光学输入端端口，用于在CWDM网格或DWDM网格中检测一个或多个输入的光信号。硅基板包括光纤接口，包括多个V凹槽，每个V凹槽耦接至模式适配器。光电检测器被配置为将在CWDM或DWDM网格中的光信号转换成可以数字化的电流。在一个实例中，硅基板包括用于传输器和接收器的单独路径。在一个实例中，硅基板包括接口，该接口配置有单模光纤。在一个实例中，使用数据调制具有每个CWDM或DWDM网格波长的激光，并且将该激光处理成单个信息流。在一个实例中，光学模块进一步包括调制器，其被配置为用于NRZ和PAM4调制方案。在另一个实例中，光学模块包括包含多个区段的分布式调制器，并且通过温度计编码，实现PAM4编码。在又一个实例中，通过将所有区段一起驱动，实现NRZ调制。在又一个实例中，分布式或分段调制器耦接至以CMOS配置的限制驱动器。在又一个实例中，分段调制器配置有在250 μ m与450 μ m之间的段长，用于最小装置寄生效应并且适合于高速操作。此外，集成设备进一步包括驱动器，该驱动器具有控制块、编码器以及分布式MZM配置。驱动器包括多个放大器的平行阵列，优化每个放大器，以驱动在光学模块中的调制器装置的单个区段。在一个实例中，调制器装置使用倒装芯片配置耦接至激光CWDM或DWDM网格。在一个实例中，光学模块具有光学输入端和光学输出端。在一个实例中，集成设备具有电源、微控制器、以及传输通道和接收通道，接收通道包括时钟数据恢复装置(CDR)、前向纠错装置(FEC)、数字信号处理器装置(DSP)以及跨阻抗放大器(TIA)。在一个实例中，传输通道包括⑶R、FEC、编码器装置(ENC)以及驱动器(DRV)。而且，集成设备具有电气输入接口和电气输出接口，每个接口被配置为用于4 X 10Gb/s或4 X 25Gb/s。在另一个实例中，光学模块具有在接收通道上配置的第一多路复用器以及在传输通道上配置的第二多路复用器。在一个实例中，集成设备位于QSFP-28封装内，包括对电磁辐射的金属屏蔽。在一个特定的实施方式中，本专利技术提供了一种在单个硅基板上具有光学/电气接口和协议转换器的集成设备。所述设备包括光学模块，所述光学模块包括:分别与一个或多个激光器装置耦接的一个或多个调制器，用于向光学接口产生第一光信号。光学模块进一步包括一个或多个光电检测器，用于检测来自光学接口的第二光信号，以生成电流信号。此外，所述设备包括传输通道模块，耦接在光学模块与电气接口之间。所述传输通道模块包括至少一个调制驱动器，其被配置为接收来自电气接口的第一电信号并且提供成帧协议，用于驱动所述一个或多个调制器。而且，该设备包括耦接在光学模块与电气接口之间的接收通道模块。所述接收通道模块包括至少一个跨阻抗放大器，其被配置为处理电流信号，从而将第二电信号发送到电气接口。第一光信号/第二光信号与以粗波分复用(CWDM)网格或密集波分复用(DWDM)网格配置的一个或多个波长相关联。本专利技术在已知的存储器技术的背景下实现了这些和其他优点。然而，通过引用说明书的后半部分以及附图，可以实现本专利技术的性质和优点的进一步理解。【附图说明】图1为示出根据先前技术的云数据中心校园互连的简化图；图2为示出在以上云数据中心架构之下用于在从3米到80千米的范围内的不同距离的每个部分的互连容量的表格的简化图；图3为根据本专利技术的一个实施方式的配置有用于高数据速率电信的电气/光学接口的集成设备的简化图；图4A为根据本专利技术的第一实例的集成设备的光学架构的简化图；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种集成设备，在单个硅基板上具有光学/电气接口和协议转换器，所述设备包括：光学模块，包括：分别与一个或多个激光器装置耦接的一个或多个调制器，用于向光学接口产生第一光信号；以及一个或多个光电检测器，用于检测来自所述光学接口的第二光信号，以生成电流信号；传输通道模块，耦接在所述光学模块与电气接口之间，所述传输通道模块包括至少一个调制驱动器，所述调制驱动器被配置为接收来自所述电气接口的第一电信号并且提供成帧协议以用于驱动所述一个或多个调制器；接收通道模块，耦接在所述光学模块与所述电气接口之间，所述接收通道模块包括至少一个跨阻抗放大器，所述跨阻抗放大器被配置为处理所述电流信号，从而将第二电信号发送到电气接口；其中，所述第一光信号/第二光信号与以粗波分复用(CWDM)网格或密集波分复用(DWDM)网格配置的一个或多个波长相关联。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：拉德哈克里什南·L·纳贾拉詹，
申请(专利权)人：颖飞公司，
类型：发明
国别省市：美国;US