OPTIMUX

Dieser Ansatz ermöglicht weiterhin die digitale Signalverarbeitung und Signalerzeugung in CMOS und eröffnet gleichzeitig Bandbreiten, die weit über die von einzelnen CMOS-DAUs hinausgehen. Die Zussammenschaltung der DAU-Ausgänge wird von einem analogen Multiplexer (AMUX) durchgeführt, der eine äußerst präzise, jitterarme und schnelle Umschaltung sicherstellen muss. MUX-Chips in bipolarer Technologie finden Anwendung z. B. in den ultrabreitbandigen Ausgängen von Arbiträrgeneratoren sowie in Hochgeschwindigkeitskommunikationsverbindungen.

Das INT hat einen analogen 2:1 Multiplexer mit dem SG13G3 SiGe BiCMOS‑Prozess vom IHP entwickelt, der zu den schnellsten Halbleitertechnologien gehört und Transitfrequenzen von f_T = 470 GHz sowie von f_max = 650 GHz erreicht. Der gefertigte AMUX weist im Signalpfad eine Bandbreite von über 110 GHz auf. Die gemessenen Augendiagramme, einschließlich Vorverzerrung für PAM‑4 bei 150 GBd und PAM‑8 bei 120 GBd, sind in Abbildung 1 dargestellt. In einem optischen Übertragungsexperiment wurden mit dem AMUX-Chip Einzelkanal‑Datenraten von 467 Gbit/s gemessen. Weitere Details und Ergebnisse finden sich im vorherigen Projekt ELAMUR (Link siehe unten).

Das aktuelle Projekt „OPTIMUX“ hat zum Ziel, die Grenzen der optischen Datenübertragung weiter zu verschieben, sowohl durch analoges Multiplexing als auch durch Raummultiplex (Space‑Division‑Multiplexing) in Glasfasern. Die neue AMUX‑Generation soll eine Symbolrate von 300 GBd mit integriertem Taktverdoppler erreichen und eine differenzielle Ausgangsspannung von 2 V liefern, sodass der AMUX einen elektro‑optischen Modulator (z. B. Mach‑Zehnder‑Modulator) ohne zusätzlichen Verstärker direkt ansteuern kann.

Die Gesamtsystemarchitektur besteht, wie in Abbildung 2 gezeigt, aus einem Taktverdoppler, einer Kaskade von Taktverstärkern, dem AMUX‑Kern und einem Ausgangsverstärker.

Der Taktverdoppler muss Ausgangsfrequenzen im Bereich von 100–200 GHz mit geringem Tastgradfehler erzeugen, die dann über den Taktpfad zur Ansteuerung des 2:1‑AMUX‑Kerns geleitet werden. Damit ist ein Hochgeschwindigkeitsbetrieb möglich, ohne dass eine 150‑GHz‑Signalquelle benötigt wird. Im Taktpfad erzeugt eine Kaskade von Verstärkern die notwendige Signalstärke, um die Stromschalter im Kern anzusteuern. Der AMUX‑Kern verwendet eine Gilbert‑Zelle‑ähnliche Struktur, um zwischen den beiden Eingangssignalen umzuschalten und um ein zeitverschachteltes Signal mit der doppelten Symbolrate zu erzeugen. Ein breitbandiger linearer Ausgangsverstärker erzeugt den großen differentiellen Spannungshub von 2 Vpp bei einer auf 50 Ω angepassten Ausgangsimpedanz.