专利名称：一种基于片上系统的无线光总线系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种无线光总线系统，尤其是涉及一种基于片上系统的无线光总线系统。
背景技术：
随着均衡技术、反射/串扰消除技术和纠错编解码等信号处理技术的发展，片上电互联总线与晶体管技术一起取得了巨大进步，带宽增加与时延减小同时给芯片的面积和功耗带来挑战。片上光互联总线作为其重要补充手段将迎来发展机遇。片上平面光波导互联总线片由于受到现有硅基集成技术的限制，完成包交换需要大量重复使用电/光和光/ 电转换，带来严重的信号延时和电路复杂性，增加芯片功耗，同时产生严重的串扰。
实用新型内容本实用新型主要是解决现有技术所存在的由于受到现有硅基集成技术的限制，完成包交换需要大量重复使用电/光和光/电转换，带来严重的信号延时和电路复杂性，增加芯片功耗，同时产生严重的串扰等的技术问题；提供了一种能够用较小的面积，更低的功耗换取更高的带宽，提高片上系统的总线带宽，充分发挥光载波带宽高容量大的优势的一种基于片上系统的无线光总线系统。本实用新型的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的一种基于片上系统的无线光总线系统，包括第一衬底、第二衬底、设置在第一衬底上分别用于发射光信号以及接收光信号的光信号发射装置以及光信号接收装置、以及设置在第二衬底上的用于传输光信号的光信号传输装置。本实用新型利用三维(3-D)综合技术，能够在采用硅(Si)基材料为衬底的单芯片上集成980nm垂直腔面发射激光器、硅光电二极管、微透镜、微反射镜和微相位阵列。在单芯片上利用无线光传输完成芯片内的总线互联。所述的垂直腔面发射激光器为双异质结结构量子井激光器，采用分子束外延生长技术或金属有机物化学气相沉积生长技术构造。所述的硅光电二极管为在与所述的硅基材料衬底上构造。所述的微透镜为在垂直腔面发射激光器的激光发射面构造。所述的微反射镜为利用硅或聚合物表面构造。在上述的一种基于片上系统的无线光总线系统，所述的光信号发射装置包括无线光总线传输数据器以及通过片上电总线与所述无线光总线传输数据器相连的垂直腔面发射激光器；所述的垂直腔面发射激光器通过片上连接点与所述的片上电总线相连。在上述的一种基于片上系统的无线光总线系统，所述的光信号接收装置包括无线光接收数据器以及通过片上电总线与所述无线光接收数据器相连的光电二极管接收器，所述的光电二极管接收器通过片上连接点与所述的片上电总线相连。在上述的一种基于片上系统的无线光总线系统，光信号传输装置包括接收上述垂直腔面发射激光器发射的光信号的准直透镜、用于接收经准直透镜准直后的光信号并改变该光信号的传输方向的微反射镜、以及用来接收微反射镜反射的光信号并将接收的光信号汇聚至上述光电二极管接收器的汇聚透镜。在上述的一种基于片上系统的无线光总线系统，所述垂直腔面发射激光器内设置有用来调制驱动垂直腔面发射激光器发光的调制驱动器。在上述的一种基于片上系统的无线光总线系统，所述的光信号接收装置包括一个用于接收汇聚透镜的汇聚光信号的光电二极管、一个接收光电二极管输出的电流信号并将该电流信号转换为放大电压信号的跨阻放大器、一个用于接收所述跨阻放大器输出的放大电压信号并将该电压信号滤波、放大至标准电平信号的限幅放大器以及对限幅放大器的输出信号进行数据和时钟恢复后将该信号输出给上述的无线光接收数据器的时钟数据恢复
O因此，本实用新型具有如下优点1.设计合理，结构简单，噪声较小且完全实用； 2.能够用较小的面积，更低的功耗换取更高的带宽，提高片上系统的总线带宽，充分发挥光载波带宽高容量大的优势。
图1是本实用新型的结构原理示意图；图2是本实用新型无线光总线光链路示意图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。图中，无线光信道1、第二衬底2、第一衬底3、无线光总线传输数据器4、片上电总线5、片上连接点6、垂直腔面发射激光器7、准直透镜8、汇聚透镜9、微反射镜10、光电二极管11、无线光接收数据器12、调制驱动器13、跨阻放大器14、限幅放大器15、时钟数据恢复器16。实施例参见上述附图，图1所示的是一种基于片上系统的无线光总线。片上无线光总线是基于无线光信道1的无线光技术、第二衬底2即GaAs衬底的光子学技术和第一衬底3即 Si衬底的互补金属氧化物半导体(CMOS)电子学技术等利用3-D集成综合的一种小型、低功耗、高带宽的片上系统。一种基于片上系统的无线光总线系统，有第一衬底3、第二衬底2、设置在第一衬底3上分别用于发射光信号以及接收光信号的光信号发射装置以及光信号接收装置、以及设置在第二衬底2上的用于传输光信号的光信号传输装置。光信号发射装置有无线光总线传输数据器4以及通过片上电总线5与所述无线光总线传输数据器4相连的垂直腔面发射激光器7，所述的垂直腔面发射激光器7通过片上连接点6与所述的片上电总线5相连；垂直腔面发射激光器7内设置有用来调制驱动垂直腔面发射激光器7发光的调制驱动器13。光信号接收装置包括无线光接收数据器12以及通过片上电总线5与所述无线光接收数据器12相连的光电二极管接收器，光电二极管接收器通过片上连接点6与所述的片上电总线5相连；光信号接收装置包括一个用于接收汇聚透镜9的汇聚光信号的光电二极管11、一个接收光电二极管11输出的电流信号并将该电流信号转换为放大电压信号的跨阻放大器14、一个用于接收所述跨阻放大器14输出的放大电压信号并将该电压信号滤波、 放大至标准电平信号的限幅放大器15以及对限幅放大器15的输出信号进行数据和时钟恢复后将该信号输出给上述的无线光接收数据器12的时钟数据恢复器16。 光信号传输装置包括接收上述垂直腔面发射激光器7发射的光信号的准直透镜 8、用于接收经准直透镜8准直后的光信号并改变该光信号的传输方向的微反射镜10、以及用来接收微反射镜10反射的光信号并将接收的光信号汇聚至上述光电二极管接收器的汇聚透镜9。 片上系统能够采用Si基材料为第一衬底3，在第一衬底3上利用CMOS技术完成无线光总线传输数据器4和接收数据器12的电总线构造。主要包括传输数据对垂直腔面发射激光器7的调制驱动器13 ；无线光总线接收系统的跨阻前置放大器(TIA)14、限幅放大器 (LA) 15和数据时钟恢复器(⑶R) 16 ；片上电总线5和片上连接点6。片上系统能够利用GaAs材料为衬底2，采用分子束外延生长技术或金属有机物化学气相沉积生长技术构造无线光总线互联需要的光源，光源为双异质结量子井结构垂直腔面发射激光器7。在Si基衬底3上构造无线光总线互联需要的光电二极管11。片上系统无线光总线互联需要的激光准直透镜8和汇聚透镜9均在垂直腔面发射激光器7的激光发射面构造。用来改变无线光总线中光束传输方向的微反射镜10利用硅或聚合物表面构造。片上系统的总线传输主要利用无线光来完成，无线光传输链路由图2所示。传输数据4在Si衬底2上利用CMOS技术构造垂直腔面发射激光器7的调制驱动器13，由调制驱动器13调制驱动垂直腔面发射激光器7发光。垂直腔面发射激光器7发射的激光经准直透镜8准直，在无线光信道1中传输，由微反射镜10改变其传输方向，最后经汇聚透镜9 将其汇聚至Si光电二极管11的光敏面。光电二极管11输出微弱电流信号给TIA 14 ；TIA 14将微弱电流信号转换为电压信号，并进行低噪声、低增益放大后输出给LA 15;LA 15将电压信号滤波、放大至标准电平信号传输给下一级CDR 16 ；CDR 16对信号进行数据和时钟恢复之后形成接收数据12。至此，完成片上无线光总线的互联，整个数据传输基本由光传输完成，大大缩减了电互联总线所必需的走线长度，减小了走线带来的寄生电感、电容，能够提供接近光速的信号延时，是提高片上系统总线带宽的有效方法之一。本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。尽管本文较多地使用了无线光信道1、第二衬底2、第一衬底3、无线光总线传输数据器4、片上电总线5、片上连接点6、垂直腔面发射激光器7、准直透镜8、汇聚透镜9、微反射镜10、光电二极管11、无线光接收数据器12、调制驱动器13、跨阻放大器14、限幅放大器 15、时钟数据恢复器16等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本实用新型的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。
权利要求1.一种基于片上系统的无线光总线系统，其特征在于，包括第一衬底(3)、第二衬底 (2)、设置在第一衬底(3)上分别用于发射光信号以及接收光信号的光信号发射装置以及光信号接收装置、以及设置在第二衬底(2 )上的用于传输光信号的光信号传输装置。
2.根据权利要求1所述的一种基于片上系统的无线光总线系统，其特征在于，所述的光信号发射装置包括无线光总线传输数据器(4)以及通过片上电总线(5)与所述无线光总线传输数据器(4 )相连的垂直腔面发射激光器(7 )；所述的垂直腔面发射激光器(7 )通过片上连接点(6)与所述的片上电总线(5)相连。
3.根据权利要求1所述的一种基于片上系统的无线光总线系统，其特征在于，所述的光信号接收装置包括无线光接收数据器(12)以及通过片上电总线(5)与所述无线光接收数据器(12)相连的光电二极管接收器，所述的光电二极管接收器通过片上连接点(6)与所述的片上电总线(5)相连。
4.根据权利要求1所述的一种基于片上系统的无线光总线系统，其特征在于，光信号传输装置包括接收上述垂直腔面发射激光器(7)发射的光信号的准直透镜(8)、用于接收经准直透镜(8)准直后的光信号并改变该光信号的传输方向的微反射镜(10)、以及用来接收微反射镜(10)反射的光信号并将接收的光信号汇聚至上述光电二极管接收器的汇聚透镜(9)。
5.根据权利要求1所述的一种基于片上系统的无线光总线系统，其特征在于，所述垂直腔面发射激光器(7)内设置有用来调制驱动垂直腔面发射激光器(7)发光的调制驱动器(13)。
6.根据权利要求1所述的一种基于片上系统的无线光总线系统，其特征在于，所述的光信号接收装置包括一个用于接收汇聚透镜(9)的汇聚光信号的光电二极管(11)、一个接收光电二极管(11)输出的电流信号并将该电流信号转换为放大电压信号的跨阻放大器(14)、一个用于接收所述跨阻放大器(14)输出的放大电压信号并将该电压信号滤波、放大至标准电平信号的限幅放大器(15)以及对限幅放大器(15)的输出信号进行数据和时钟恢复后将该信号输出给上述的无线光接收数据器(12)的时钟数据恢复器(16)。
专利摘要本实用新型涉及一种无线光总线系统，尤其是涉及一种基于片上系统的无线光总线系统。一种基于片上系统的无线光总线系统，其特征在于，包括第一衬底、第二衬底、设置在第一衬底上分别用于发射光信号以及接收光信号的光信号发射装置以及光信号接收装置、以及设置在第二衬底上的用于传输光信号的光信号传输装置。因此，本实用新型具有如下优点1.设计合理，结构简单，噪声较小且完全实用；2.能够用较小的面积，更低的功耗换取更高的带宽，提高片上系统的总线带宽，充分发挥光载波带宽高容量大的优势。
文档编号H01L31/12GK202160176SQ20112024585
公开日2012年3月7日 申请日期2011年7月13日 优先权日2011年7月13日
发明者孙峰, 张鑫, 王波, 赵坤, 邓代竹, 高凡 申请人:湖北久之洋红外系统有限公司