ترجمه طراحی یک راه انداز سرعت بالا برای مدولاتور ماخ-زندر در فیزیک انرژی بالا

توضیحات

 عنوان فارسی: طراحی یک راه انداز سرعت بالا برای مدولاتور ماخ-زندر در فیزیک انرژی بالا

عنوان انگلیسی مقاله ترجمه شده:

Design of a radiation-tolerant high-speed driver for Mach Zender Modulators in High Energy Physics

طراحی یک راه انداز سرعت بالا برای مدولاتور ماخ-زندر در فیزیک انرژی بالا

چکیده

 این مقاله طراحی یک مدار مجتمع  را ارایه می کند که هدف استفاده از تکنولوژی CMOS 65 nm 1.2 V در یک راه انداز با سرعت بالا است که سیگنال ورودی دیفرانسیل را برای مدولاتور ماخ -زندر فراهم می کند و اجازه می دهد نقطه کار این مدولاتور  با تغییر ولتاژ بایاس تنظیم شود. برای پوشش نوسانات ولتاژ بالا و الزامات برای تنظیم ولتاژ بایاس مدولاتور ماخ-زندر  یک مدار با چند دامنه ولتاژی  پیشنهاد شده است که هر کدام از دامنه ها از طریق حفره عمیق n-n ایزوله می شود. دستگاه مدولاتور ماخ-زندر که نمونه اولیه آن در فناوری iSiPP50G فتونیک سیلیکون اجرا شده است، به عنوان یک راه حل امیدوارکننده برای مقابله با تابش های با چند صد Mrad و سرعت بالا در حدود 10Gbps می باشد. این الزامات سختگیرانه در آزمایشات فیزیک انرژی بالا در ارتقاء برخورددهنده هادرونی بزرگ  یا برخورددهندهای خطی در آینده مورد نیاز خواهد بود.

مقدمه

برای افزایش درخشندگی در شتاب‌دهنده ها برای انجام آزمایش‌های فیزیک انرژی بالا نیاز به طراحی مجدد مدارات الکترونیکی گذشته بصورت کامل برای دست یابی به نرخ بالای اطلاعات در برخورددهنده هادرونی بزرگ خواهد بود. ارتقا درخشندگی که برای سال 2025برنامه‌ریزی‌شده است و در برخورد دهنده خطی، مانند برخورد دهنده خطی فشرده (CLIC) ، که در مجموعه آزمایشگاهی سرن (CERN) انجام آن پیشبینی شده ‌است نشان داد که  الزامات سخت و جدید برای  مدار الکترونیکی بر حسب نرخ داده و تحمل تابش وجود دارد ،  5 گیگابیت در ثانیه از هر FE ASIC و (TID) تا 1 درجه در لایه های درونی سیلیکون.برای دریافت اطلاعات و توزیع سیگنال های زمانی ، آتش و کنترل (TTC) ، تحمل پرتو (1 Grad~) با سرعت بالا (10 Gbps~) لازم است.لینک‌های نوری مبتنی بر دستگاه های مدولاتور ماخ-زندر (MZM)، جدا از استفاده آنها در برنامه های مصرفی و مخابراتی به عنوان یک جایگزین مناسب برای ارتباطات استاندارد مبتنی بر دیود ال ای دی نور (LED) و دستگاه های لیزر افقی عمودی (VCSEL) می باشند. مدولاتور ماخ-زندر مبتنی بر اصل تداخل سنج ماخ-زندر که در آن موج پیوسته نوری (CW) ورودی در دو شاخه تقسیم می شوند، که هرکدام با تغییر فاز خودشان مقایسه می شوند عمل می کند. در پروژه ما موج پیوسته  نوری با طول موج 1550 نانومتر (گذرا از سیلیکون) توسط فوتودیود SIGE  تولید می شود. با توجه به تداخل با یک سیگنال RF دیفرانسیلی منتشر شده در موجبر الکتریکی، خواص نوری در تداخل سنج ماخ-زندر با روش متفاوتی بین دو شاخه، یعنی در دو فاز نوری تغییر می کنند ، سیگنال های نوری پس از آن در خروجی تداخل سنج ماخ-زندر دوباره ترکیب می شوند که موجی از نور را توسط سیگنال RF مدل می کنند، که در شکل (1) مشاهده می کنید. برای تعریف یک راه ارتباطی نوری مبتنی بر مدولاتور ماخ – زندر که توان تابشی 1Grad  و 10 Gbps داشته باشد ،پروژه PHOS4BRAIN که به عنوان یک همکاری بین دانشگاه پیزا، مجموعه آزمایشگاهی سرن و   SSSUP  می باشد آغاز شده است. بلوک کلیدی این برخورد دهنده ، راه انداز  مدولاتور ماخ-زندر(MZMD) می باشد که یک مدار مجتمع است که با استفاده از تکنولوژی TSMC CMOS ۶۵ نانومتری طراحی شده است که سیگنال های ورودی تفاضلی را به مدولاتور ماخ-زندر ارائه می دهد و اجازه تنظیم نقطه عملیاتی مدولاتور ماخ-زندر را از طریق تنظیم ولتاژ بایاس می دهد. پس از مقدمه،دربخش دوم مقاله مشخصات یک راه انداز برای مدولاتور ماخ-زندر مورد بحث قرار خواهد گرفته است که در مجموعه آزمایشگاهی سرن و با استفاده از تکنولوژی IMEC SiPhotonics IMEC اجرا شده است. در بخش سوم مقاله با معماری مدار سرکار خواهیم داشت با تمرکز بر قسمت های اصلی آن. بخش چهارم  پاسخ شبیه سازی مدار را در سطح ترانزیستوری  که با استفاده از تکنولوژی TSMC CMOS ۶۵ نانومتری CMOS اجرا شده است خواهید دید و نتیجه گیری و پیشنهادات  در بخش پنجم انجام خواهد گرفت.

بخش دوم : مشخصات راه انداز مدولاتور ماخ-زندر(MZM)

یک مدار معادل ساده از مدولاتور ماخ-زندر(MZM) که توسط MZMD راه اندازی شده در شکل ۲ نشان داده شده است. به عنوان یک تخمین اولیه ، هر ورودی RF (+Sig و- Sig)یک امپدانس ورودی معادل دارد که می توان آن را به صورت یک دیود با مقاومت 50 اهم به صورت موازی مدل سازی کرد. ولتاژ بایاس لازم برای دوقطبی کردن مناسب دیودهای مدولاتور ماخ-زندر باید ۲ ولت و قابل تنظیم باشد تا عملکرد دستگاه با توجه به شرایط محیطی (دما، سن، آسیب تشعشع)را بهینه کند. حداکثر اختلاف بین سیگنال های ورودی +Sig و -Sig باید ۲ ولت باشد. اگرچه ترانزیستورهای اکسید ضخیم در تکنولوژی ۶۵ نانومتری CMOS در دسترس می باشند، و آن ها می توانند ولتاژ خروجی را تا ۳.۳ V تامین کنند ولی نمی توان از آنها استفاده کرد چون نمی توانند تحمل تشعشع مورد نیاز را تضمین کنند. در حقیقت، همانطور که گفته شد، ابزارهای اکسید ضخیم بسیار حساس به تاثیرات TID(دوز یونیزاسیون کل) هستند . از سوی دیگر، دستگاه های اکسید نازک در تکنولوژی CMOS ۶۵ نانومتر نمی توانند ولتاژهای بالاتر از ۱.۲ V را تحمل کنند. برای غلبه بر این مساله در طراحی پیشنهاد شده، شکل ۲ و ۳ را ببینید، عایق الکتریکی را  با استفاده از حفره های n معرفی کردیم . سه کادر مختلف در شکل های ۲ و ۳ نشان دهنده سه ولتاژ با دامنه متفاوت در راه انداز مدولاتور ماخ-زندر  می باشند(حفره های n اجازه ی ایزوله سازی مناطق P را که شامل ولتاژهای مختلف از زیر لایه های مختلف P است را می دهد):

توجه:

• برای دانلود فایل word کامل ترجمه از گزینه افزودن به سبد خرید بالا استفاده فرمایید.
• لینک دانلود فایل بلافاصله پس از خرید بصورت اتوماتیک برای شما ایمیل می گردد.