光电子专用集成电路设计

　　电路设计面临着系统结构、电路和逻辑模拟、芯片区域划分和版图设计等一系列富有挑战性的难题。电路设计 既是科学也是艺术，电路设计的艺术性很难解释，因为它们没有什么统一的算法。它的艺术性就在于电路结构的 创新和电路设计技术的综合运用。

　　集成电路设计通常运用分层设计和模块化设计原理，将一个复杂的集成电路逐级分解为单元功能较简单的设计 级别，直至达到单元功能足够简单。自顶向下的设计过程包括3个主要阶段：

　　（1）系统功能设计（Behavioral structure design）；

　　（2）逻辑和电路设计（Logic and circuit structure design）；

　　（3）版图设计（Physical structure design）。

　　相应的设计流程如图1所示，这是一种理想化的设计方法。在设计提出后，首先根据设计要求（系统性能指标、功能要求等）进行系统编译，得到系统性能和功能描述；然后由系统性能和功能描述直接编译出逻辑和电路描述；再由逻辑和电路描述直接编译出相应的物理版图描述，将包含版图描述的文件转交制版工厂制作掩膜版后即可进行流片。这是一种为完善的设计自动化（Design automatic）系统，可以从的系统描述直接转换为版图设计数据。但是由于缺少有效的EDA工具，这种技术难以付诸实现。目前的硅编译器（Silicon Compiler）是设计自动化程度的一种设计技术，可以从算法级或寄存器传输级描述开始迸行编辑，直接得到掩膜版图，但真正实用的硅编译器也仅限于少数有高度规则结构的集成电路，例如门阵列、标准单元阵列等。

　　目前较典型的实际分层设计流程，需要较多的人工干预，一些设计阶段目前还没有EDA软件支持，必须通过模拟分析软件来逐步完成相应的设计，而且，各级设计均需要进行验证，由设计人员判断结果是否满足要求，通过统一的数据库管理，使各设计阶段的输入／输出相互接口，并保证转换时的等效性。

　　大多数光电子集成电路都可以用基本的电路技术进行设计。光电子集成电路的设计，实际上是模拟集成电路的设计，但是由于光电子器件有其独特的特性和性能要求，因而光电子集成电路又与传统的微电子IC有着显著的区别，在设计中应加以注意。设计过程可以从系统级开始，利用自顶向下的设计方法，包括指标定义、系统设计、子系统／单元模块设计、电路模拟、版图设计、版图验证、版图寄生提取等一系列过程，并可能经过若干循环，送交厂家生产。

　　发光二极管（LED）、激光二极管（LD）和激光调制器（LM）是光纤通信系统中基本的三类发光器件。作为光发射的关键器件，它们产生光波以承载信号。光电探测器的作用是将光脉冲信号转变成光生电流，并经过前置放大等预处理后成为能够被通信系统进行分析的电信号。作为光传输系统接收端的重要器件，探测器的性能决定了整个系统的通信质量。由于光纤接收端的光信号非常微弱，需要经过信号放大才能达到应用的要求。本章稍后部分将详细介绍光发射器件的驱动电路和光电接收器放大电路。

图1 理想的集成电路设计流程

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