본 논문에서는 이더넷 광 네트워크 구현용 핵심 부품인 1.25 Gbps 단일집적 양방향 광전 SoC (Monolithic integrated hi-directional optoelectronic system-on-a- chip)의 전기적 혼신을 감소시키기 위한 임플란트의 전기적 절연 특성을 분석하였으며, 측정결과로부터 임플란트의 등가회로를 추출하였다. InP 기판상에 단일집적된 양방향 광전 SoC의 구성은 다음과 같다. 먼저 송신부는 전기신호를 광신호로 바꾸어 전송하는 레이저 다이오드(Laser Diode)와 레이저 다이오드의 출력을 모니터링하기 위한 모니터 포토다이오드(Monitor Photodiode)로 구성된다. 그리고 수신부는 디지털로 변조된 후 입력된 광신호를 전기신호로 변환하는 디지털 포토다이오드(Digital photodetector)로 구성된다. IEEE 802.3ah와 ITU-T G.983.3가 요구하는 기가비트 수동 광 네트워크 (Gigabit-Passive Optical Network)용 ONU (Optical Network Unit)의 양방향 광전 모듈의 규격을 만족하기 위해서는 수신부의 수신감도는 -24 dBm (@ BER (Bit Error Rate)=10-12)을 만족해야 하므로, 모듈 내의 전기적 혼신은 DC에서 3 GHz까지 -86 dB이하로 유지되어야 한다. 한편, 임플란트 구조의 측정 및 분석 결과, 단일 InP 기판상에 집적된 레이저 다이오드와 모니터 포토다이오드 간의 간격과, 그리고 모니터 포토다이오드와 디지털 포토다이오드간의 간격을 200 mm 이상을 유지하면서, 20 mm 폭의 임플란트를 삽입하였을 경우, -86 dB 이하의 전기적 혼신을 만족하였다. 본 논문에서 사용하고 분석한 임플란트 구조 및 특성은 단일집적 양방향 광전 SoC 뿐만 아니라, 아날로그/디지털 혼합모드 SOC의 설계 제작용 기본 데이터로 활용할 수 있다.
In this paper, we analyzed and measured implant isolation characteristics for a 1.25 Gbps monolithic integrated hi-directional (M-BiDi) optoelectronic system-on-a-chip, which is a key component to constitute gigabit passive optical networks (PONs) for a fiber-to-the-home (FTTH). Also, we derived an equivalent circuit of the implant structure under various DC bias conditions. The 1.25 Gbps M-BiDi transmit-receive SoC consists of a laser diode with a monitor photodiode as a transmitter and a digital photodiode as a digital data receiver on the same InP wafer According to IEEE 802.3ah and ITU-T G.983.3 standards, a receiver sensitivity of the digital receiver has to satisfy under -24 dBm @ BER=10-12. Therefore, the electrical crosstalk levels have to maintain less than -86 dB from DC to 3 GHz. From analysed and measured results of the implant structure, the M-BiDi SoC with the implant area of 20 mm width and more than 200 mm distance between the laser diode and monitor photodiode, and between the monitor photodiode and digital photodiode, satisfies the electrical crosstalk level. These implant characteristics can be used for the design and fabrication of an optoelectronic SoC design, and expended to a mixed-mode SoC field.
