《光纤复习(终稿)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《光纤复习(终稿)（3页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、（1）在通信集成电路中常采用哪些半导体材料，它们有何特点？硅：现代微电子工业的基础，硅材料的工艺成熟，硅制成的晶体管有 BJT、JFET、PMOS、NMOS、CMOS、BiCMOS，硅来源丰富，技术成熟，硅基产品价格低廉，基于 Si 和 Ge 的 HBT 比/族材料 HBT 价格低。砷化镓：适用于超高速和超高频电路，有更高的载流子迁移率和近乎半绝缘的电阻率，工作频率高，GaAs 基电路的制造工艺复杂，成本较贵，单片电路集成度不高。非平衡载流子的漂移速度快，可制成更快的器件和 IC；直接带隙半导体，可制做发光器件；禁带宽度大，可带来三点好处：GaAs 衬底是半绝缘的，可作出高性能器件，可工作在更
2、高的温度，具有良好的抗辐射性能。 （后一句是与 Si 比的三大优点）磷化铟：最重要的/族化合物半导体，直接带隙，适合制作发光器件和 OEIC，GaInAsP/InP 物质系统发出的激光波长正好覆盖玻璃光纤的最小色散和最小衰减，技术不成熟。（2）什么是材料系统？它分为几种类型，各有什么样的作用？材料系统是指在由一些基本材料，如 Si,GaAs 或 InP 制成的衬底上或衬底内，用其他物质再生成一层或几层材料。半导体材料系统：是指不同质(异质)的几种半导体组成的层结构。制作异质结双极型晶体管 HBT，制作高电子迁移率晶体管 HEMT，制作高性能的 LED 及 LD。半导体/绝缘体材料系统：是指半导
3、体与绝缘体相结合的材料系统，典型代表是绝缘体上硅 SOI。由于在器件的有源区和衬底之间的隔离层厚，电极与衬底之间的寄生电容大大的减少，器件的速度更快，功率更低。（4）以 GaAS HBT 为例，说出异质结双极型晶体管比普通的双极型晶体管有哪些优点？ 基极与集电极的电容减小，提高了击穿电压；发射极的宽带隙，基区的空穴很难注入到发射区，注入效率提高；基极区的掺杂程度可以在不降低电流增益的情况下大幅度提高，允许生成很薄的基区且不会导致很高的基区电阻，得到很高的 fT 和 fmax （画出能带图 P107）（5）叙述 MESFET 和 HEMT 的结构特点。 MESFET（金属半导体场效应晶体管） ，
4、采用 InGaP/InGaAs/GaAs 结构，在离子注入过程中，掺杂原子直接注入到半绝缘体 GaAs 衬底中；有源层上的金属层由金锗合金通过淀积生成，建立源极和漏极的欧姆接触；由铝或金构成的栅极在沟道中心淀积而成，和 N 型 GaAS 有源层之间形成肖特基势垒。HEMT（高电子迁移率晶体管） ，在 GaAs 衬底上，一层不掺杂的 GaAs 薄层（不掺杂，电子与施主原子碰撞机会小，漂移速度高，速度快）被一层 50-100nm 厚 N 掺杂的 AlGaAs 薄层覆盖，再在上面形成肖特基接触的栅极和欧姆接触的源极与漏极。 （画出两者结构示意图 P115、116）（6）在高速集成电路中常常用到哪些有
5、源和无源器件？ 无源：互连线、电阻、电容、电感（集总电感和传输线电感） 、分布元件（微带线、共面波导、传输线元件） 有源：BJT、JFET、PMOS、NMOS、CMOS、BiCMOS，HBT、MESFET、HEMT、LED、LD（7）在高速集成电路中电容实现有哪些方式？ 利用二极管和三极管的结电容；叉指金属结构；金属-绝缘体-金属（MIM）结构；多晶硅/金属-绝缘体-多晶硅结构。（8）比较微带线和共面波导在结构上的不同，并有何优缺点？ 微带线是在一片介质薄板两面形成的两条平行带状导线。微带线的上表面通常覆盖起保护作用的一层钝化介质膜。介质的背面完全被低欧姆金属覆盖并接地，设计适当尺寸的金属导带
6、，在衬底上开通孔，并在通孔镀金属。共面波导：由中间金属带和作为地平面的两边的金属带构成。微带线：有大量的理论分析结果，可直接应用的公式、曲线和数据，技术已经成熟，但工艺复杂、成品率低、费用高共面波导：工艺简单、费用低，相邻的 CPW 之间有很好的屏蔽，比金属孔有更低的接地电感，低的阻抗和速度色散；但衰减相对高一些，厚的介质层，导热能力差，不利于大功率放大器实现（画出两者的示意图，见 P170、171 图8.9,8.10）（9）与电流放大器 CA 相比容性耦合电流放大器 C3A 有何显著的特点？对于这些特点有怎样的应用？负输入电阻/电导，隔直流功能，跨导的峰值幅度特性，最大跨导特性，超前相位特性
7、，大信号特性和高频、高速集成电路基本单元。分别应用在负阻放大器、负阻振荡器、阻抗/导纳补偿和振荡；多级级联电路；带通放大器；跨导器件；相移器；开关；RC 多谐振荡器、时钟恢复预处理的微分电路、中等带宽差动放大器、全平衡无可变电容振荡器、带高频电流补偿的差动激光二极管驱动器。（10）振荡器分为哪两类？它们正常工作需要满足什么条件？一类使用有源器件作负载器件，加上谐振回路；另一类使用正反馈回路。负阻振荡器的建立条件、稳定条件和振荡条件是： ，正反馈振荡器的起振条件、稳定条件、相位平衡条件是： ， ，（11）比较 TTL 电路与 ECL 电路的特点。TTL：双极型逻辑电路，在饱和、截止两个状态间转换
8、，广泛应用在低速和中速电路，用多发射极晶体管提供“与”逻辑，最大噪声容限是 0.4V,标准 TTL 的传输时延大约是 20us，高速 TTL 传输时延降到 3ns,标准 TTL 的功率是几十毫瓦。ECL：双极型晶体管在放大和截止两个状态间转换，不进入饱和区，能达到很高的速度，平均延迟时间达到纳秒甚至亚纳秒级，标准 ECL 的时延小时 1 ns，但功耗比 TTL 大。输出的高电平门限为-0.8V ，低电平门限为-1.7V 。（12）为什么 SCFL 电路适合应用于高速电路？SCFL 是源极耦合场效应晶体管逻辑，SCFL 电路结构与 ECL 非常相似，在放大和截止两个状态间转换，不进入饱和区，所以
9、能达到很高的速度。一个 SCFL 单元包含三个差动电流开关，负载电路将电流变换为电压输出，且有一对源极跟随器，实现电平位移和阻抗变换，这些都提高了电路的速度。（13）画出 NMOS 逻辑门的几种基本结构。 （参见书上 P222 图 10.3）（14）试用主从触发器设计一个 16:1 的占空比为 0.5 的分频器。 （参见第二次作业第四题）（15）叙述模拟电路与数字电路设计的不同点？模拟电路可以是线性或非线性。线性电路工作在小信号状态下，输出幅度正比于输入幅度，非线性电路工作在大信号状态下。直流分析、 交流分析是最重要两方面，噪声分析、 灵敏度分析等，非线性在时域分析得到时域波形，在频域分析得到
10、频率分量。数字电路都是非线性的，输入的幅度必须大到能驱动电路产生输出的所需电平，在电路级有瞬态分析，在逻辑门或功能块级有逻辑和时序模拟分析。（16）举例说明晶体管电路中常用的高频补偿技术。宽带补偿的方法之一是进行零、极点抵消，如双极型晶体管的 b-e 结电容和动态结电阻构成了单晶体管放大器传输函数的一个极点，b-c 结电容和集电极上所有的杂散电容构成另一个极点。为消除第一个极点，可以在基极或发射极上加入一个并联的 RC 网络（如图 11.3a、b,P238）来引入一个零点。为了消除集电极节点处的极点，可以用一个带有电感的复负载，如图 11.3c,d 所示两级直接耦合级联的放大器之间通常需要一对
11、射/源极跟随器加上一个或多个二极管形成直流电平位移,二极管的串联电阻与下级的输入电容构成一个低通网络,引起高频增益下降,补偿方法是在二极管两端或在源极跟随器的栅极和输出端点之间跨接一个电容,如图 11.4b,c（17） 画出光纤传输系统的基本结构框图。 （参见书上 P39 图 3.1）（18） 比较串行、并行、树行三种结构的复接器的各运用在什么场合。画出串行 4:1 复接器的电路结构图及时序示意图。串行复接器运用在较低或中等速率电路,还运用在超高速电路,此种情况不用 D 触发器,而用串行的宽带延迟单元；并行复接器运用在少数信号的复接,低扇入系数的高速电路；并行复接器运用在多路信号的复接,高速场
12、合。 （图参见第三次作业第一题）（19）分析 LDVD 同 LDCD 相比有哪些优点？对于输出同样大的电流，LDVD 的芯片面积比 LDCD 小的多；LDVD 驱动的 LD 的直流电流与调制电流可以在整个最大值(100mA)的范围内调节，而 LDCD 的直流与调制电流只能在各自的最大值(譬如 40mA 和 60mA)范围内调节，这意味着 LDVD应用时有更大的灵活性；LDVD 电路只要简单地把输出电压幅度增大到特定值(峰峰值 5V)，就可以用作光调制器的驱动器。LDVD 比 LDCD 更优越，因为光纤调制器基本上是电压控制器件。（20）前置放大器实现的功能是什么？并比较其三种类型的特点。前置放
13、大器的作用是将从光检测器得到的电流信号转换为电压信号。该电压进一步经过主放大器放大到一定幅度，经过再定时和鉴幅操作。低阻放大器：将一电阻（50 欧）与前置放大口碑载道输入端相连，前端电路适合于光电探测器和放大器的混合集成场合，两者之间有传输线连接，最大增益只能从传输线互放大器之间获得，不能从光电检测器到传输线之间获得，增益低，噪声性能差。高阻放大器：根据最大增益的原则设计，噪声低，但是需要均衡网络，动态范围小，只适用于对速率要求不高，但对灵敏度要求很高的场合。跨阻放大器：输入、输出电阻小，放大器与漏电检测器几乎完全失配，动态范围大，频带宽，不需要均衡网络，特别适合超高速传输系统。（21） 限幅
14、放大器比 AGC 放大器相比有哪些优点？并说明其实现限幅的原理。限幅放大器的限幅功能直接作用于每一个脉冲，能同时抑制慢速和快速的幅度变化，不存在时间常数问题，所以就抑制信号的幅度起伏而言，限幅放大器比 AGC 放大器的功能更强；基本单元的简化使得寄生参数减少，加上高电流增益和非线性结构的联合使用使限幅电路的工作速率更高；由于减去了用于控制的逻辑电平，供电电压更小，功率损耗更小，由于结构简单，且不需要增益控制环，芯片设计更简单，面积也小，由于外部元件小，注入更简单。限幅放大器基本结构包括一组差分放大单元和一个直流反馈网络，ECLSCFL 电流放大器的非线性用于实现限幅功能。（22）设计一个单端-
15、双端的转换电路，并说明其基本原理。单端到双端的转换实际上通过一个 RC 低通网络实现，其 RC 常数决定了前置放大器的低频截止频率 fl。直流时，电容 C相当于开路，使用使得下一级差放的两个放大管具有相同的直流偏置。高频时，电容 C 相当于短路，交流几乎全部加到下一级差放的其中一具放大管，从而实现了单端到双端的转换。(图见作业,差分放大器画到晶体管级)（23）什么是最佳时钟恢复？最佳时钟恢复必须包含窄带滤波器（时钟恢复滤波器） ，这样由随机失真引起的，尤其由系统的噪音和时钟恢复的前级电路引起的相位抖动才可以减小。最佳时钟恢复电路意味着时钟信号以最小系统抖动得以恢复。（24）叙述无源滤波器和限幅
16、放大器的时钟恢复电路恢复出时钟信号的原理与过程。NRZ 数据信号的功率谱中没有离散的谱线,对 NRZ 信号进行预处理是必不可少的,在预处理器中必须包括非线性部分以生成新的频率,由于 NRZ 信号在频域和时域的特殊性质预处理器还包含线性电路, NRZ 信号可以分解为两个周期都是 2T、相位相反的信号,这两个信号被滤取出来，倍频就可得到时钟信息，倍频器是非线性的用平方器实现，滤波器是线性的，实现电平转换用微分器实现。滤波器根据最佳时钟恢复来构造，具有高品质因数，在恢复电路中起着重要作用。移相器用于调整恢复出来的时钟与再生数据的相位关系。由于长期仅为“0”或“1”的 NRZ 信号序列和滤波器的介入损耗使得从无源滤波器来的信号非常弱，所以为保证恢复出来的时钟信号的幅度恒定，必须后接限幅放大器。(画出无源滤波器的CR 电路框图如 P328 图 15.9 所示)（25）为什么瞬时值判决只有在大信噪比的输入信号情况下才能达到低误码率的再生?在取样期间，小信噪比即瞬时信号的值在阈值的上下快速上升或下降时，会导致尖的脉冲干扰；当瞬时信号的值在阈值上上下快速上升或下降发生在
