Contribución metodológica al estudio y simulación de amplificadores distribuidos monolíticos orientados a sistemas de comunicaciones ópticas hasta 40 Gbps

Abstract

RESUMEN: En los últimos años, los sistemas de comunicaciones han sufrido una clara tendencia hacía sistemas más flexibles, con un ancho de banda mayor y con velocidades de transmisión superiores. En el caso concreto de los sistemas ópticos, esta tendencia ha supuesto un gran reto no sólo para la parte óptica del sistema, sino también para los circuitos que componen la parte eléctrica, siendo el driver uno de los componentes que más gravemente se ha visto afectado por dicho cambio. Un driver puede ser entendido como un amplificador con un ancho de banda de varias décadas, que debe presentar una pequeña variación del retardo de grupo con el fin de minimizar la distorsión de la señal a transmitir. Para realizar el diseño de este componente se han propuesto diferentes alternativas, entre las que destacan los amplificadores distribuidos, estructuras capaces de proveer una ganancia uniforme en un ancho de banda muy grande, así como una buena figura de ruido y una buena adaptación tanto a la entrada como a la salida. Los objetivos de esta tesis se centran en dos aspectos: el estudio teórico de las estructuras de ganancia más utilizadas en el diseño de amplificadores distribuidos y su impacto en los parámetros principales del amplificador; y su aplicación en el diseño de amplificadores distribuidos orientados a sistemas de comunicaciones ópticas de hasta 40 Gbps. Los principales resultados de la presente tesis permiten comprender en mayor medida el comportamiento de los amplificadores distribuidos, bien a través de la formulación desarrollada, bien a través de la aplicación práctica en los dos diseños realizados.

ABSTRATC: In recent years, communication systems have moved towards more flexible systems, with greater bandwidth and transmission rates. For optical systems, this trend has posed a great challenge for the optical part as well as for the electrical one. The driver, an amplifier with multidecade bandwidth, which has to present small variations of the group delay in order to minimize the signal distortion, has been one of the most impacted components as a consequence of this tendency. The design of this component is realized according to different alternatives, such as distributed amplifiers, uniform gain structures for very high bandwidths, which are able to obtain appropriate noise figures and in-out adaptations. This thesis is focused on two different aspects: firstly, the theoretical study of the most used gain cells designs for distributed amplifiers and their impact on the main amplifier parameters; secondly, its application for the design of real distributed amplifiers in optical transmitters up to 40 Gbps. The results of this work allow us to increase our understanding of the behaviour of distributed amplifiers either through the developed formulation or through the practical application on the two real drivers designed.