본 논문에서는 0.18um CMOS 공정을 이용하여 두 종류의 10Gb/s급 광통신용 전치증폭기(TIA)를 설계, 비교하였다. 전압모드인 Inverter TIA(I-TIA)는 입력단에 inverter 구조를 사용하여 입력 유효 gm 값을 증가시킴으로써 입력저항 값을 줄이고 동시에 대역폭을 늘리는 효과를 얻었다. 0.25pF의 광다이오드 캐패시턴스에 대하여 $56dB{Omega}$의 트랜스임피던스 이득과 14GHz의 대역폭을 얻었고, $10^{-12}$ BER과 9dB extinction ratio 및 0.4A/W responsivity를 예상할 경우 -16.5dBm의 광민감도를 얻었다. 그러나 기생 성분에 의한 대역폭의 감소 및 민감도가 크기 때문에 회로설계 시 패키지 및 회로내의 기생성분 효과에 대한 신중한 고려가 필요하다. 이와 달리, 전류모드인 RGC TIA는 입력단에 regulated cascode 설계기법을 사용하여 광다이오드와 TIA 사이에 생기는 큰 입력 기생 캐패시턴스를 전압모드보다 매우 효과적으로 차단하여 대역폭을 확장하였다. 또한 기생성분에 의한 대역폭 및 트랜스임피던스의 민감도가 현저히 줄어들어 대역폭의 변화가 없다. 0.25pF의 광다이오드 캐패시턴스에 대하여 $60dB{Omega}$의 트랜스임피던스 이득과 10GHz의 대역폭을 얻었고, $10^{-12}$ BER과 9dB extinction ratio 및 0.5A/W responsivity를 예상할 경우 -15.7dBm의 광민감도를 얻는다. 그러나, I-TIA에 비하여 약 4.5배의 높은 전력소모를 보이는 단점이 있다.
In this paper, a couple of 10Gb/s transimpedance amplifiers are realized in a 0.18um standard CMOS technology for optical communication applications. First, the voltage-mode inverter TIA(I-TIA) exploits inverter input configuration to achieve larger effective gm, thus reducing the input impedance and increasing the bandwidth. I-TIA demonstrates $56dB{Omega}$ transimpedance gain, 14GHz bandwidth for 0.25pF photodiode capacitance, and -16.5dBm optical sensitivity for 0.5A/W responsivity, 9dB extinction ration and $10^{-12}$ BER. However, both its inherent parasitic capacitance and the package parasitics deteriorate the bandwidth significantly, thus mandating very judicious circuit design. Meanwhile, the current-mode RGC TIA incorporates the regulated cascade input configuration, and thus isolates the large input parasitic capacitance from the bandwidth determination more effectively than the voltage-mode TIA. Also, the parasitic components give much less impact on its bandwidth. RGC TIA provides $60dB{Omega}$ transimpedance gain, 10GHz bandwidth for 0.25pF photodiode capacitance, and -15.7dBm optical sensitivity for 0.5A/W responsivity, 9dB extinction ration and $10^{-12}$ BER. Main drawback is the power dissipation which is 4.5 times larger than the I-TIA.
