CN102646385B - 空间光调制器的驱动电路结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种空间光调制器的驱动电路结构，它包括由下而上依次布置的一块片选芯片、多块数据寄存及数模转换芯片和一块驱动芯片，所述数据寄存及数模装换芯片内集成有多个间隔分布的数模转换器，且每个数模转换器附近均布置有与之紧邻的数据存储单元，每个数模转换器与驱动芯片之间、以及每个数据存储单元与所述片选芯片之间均通过穿透硅通孔电性连接。该驱动电路结构具有极高的集成度，能支撑大量高速信号传输。
Description
技术领域
本发明涉及一种空间光调制器的驱动电路结构。
背景技术
CMOS驱动电路和空间光调制器相结合实现光电信号转换已被应用于图像识别、信号处理、光通信和光计算等多种场合。基于多量子阱工艺的空间光调制器的响应速度在1ns左右，在高速计算方面具有得天独厚的优势，且计算复杂度不会随器件像素增多而增加，越是大型计算优势越明显。但是传统的CMOS驱动电路无法配合调制器进行高速光学计算。以256*256像素、256级（8位）调制灰度的空间光调制器阵列为例，其所需数据量为524，288（256*256*8）位/帧。为实现高速光学计算，调制器转换速率需要在2M帧/秒以上，因此CMOS驱动电路的吞吐量将超过1T bps。如此巨大的数据流需要10，000个传统CMOS接口（100M bps）才能达到，这对于芯片封装、系统集成而言都是一个沉重的负担。
传统的空间光调制器驱动电路结构如图1所示，数模转换器（简称DAC）阵列与像素单元（简称pixel）阵列集成在同一芯片内，且数模转换器阵列布置于像素单元阵列一侧，其输出经过一级缓冲器驱动像素单元。各模块（即输入端口1，、数据存储单元2，、数模转换器阵列3，、缓冲器阵列4，和像素单元阵列5，）处于同一水平层面上，各模块之间由同层金属走线连接。这种设计的主要缺点有二：1、DAC阵列与pixel阵列处于同一水平层面，占用了非常多的芯片面积；2、数据输入速率和DAC个数限制了更快更多的电光信号转换。随着芯片像素规模的增大，传输和转换压力会越来越大。
发明内容
本发明目的是：针对上述问题，提供一种空间光调制器的驱动电路结构，该驱动电路结构具有极高的集成度，能支撑大量高速信号传输。
本发明的技术方案是：所述空间光调制器的驱动电路结构，包括由下而上依次布置的一块片选芯片、多块数据寄存及数模转换芯片和一块驱动芯片，所述数据寄存及数模转换芯片内集成有多个间隔分布的数模转换器，每个数模转换器附近均布置有与之紧邻的数据存储单元，且每个数模转换器与驱动芯片之间、以及每个数据存储单元与所述片选芯片之间均通过穿透硅通孔电性连接。
所述驱动芯片内集成有像素单元阵列。
所述数据存储单元与所述片选芯片之间电性连接的穿透硅通孔与片选芯片的连接端连有输入端口，且所述输入端口位于所述驱动电路结构的底部。
本发明的优点是：
1、采用了多层DAC阵列，减小了芯片面积，增加了数模转换效率；
2、允许多排输入端口同时输入，极大的提高了数据传输速率；
3、用穿透硅通孔（简称TSV）替代传统金属互联，缩短了走线长度，减小了寄生效应，提高了传输带宽。
4、DAC阵列的层数和输入端口排数可以随芯片像素规模增大而增加，相较于传统结构，其在大规模阵列应用中优势更为明显。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
图1为传统空间光调制器的驱动电路结构示意图；
图2为本发明实施例的结构示意图；
图3为本发明实施例在DAC排布比较紧凑时的结构示意图；
其中：1-片选芯片，2-数据寄存及数模转换芯片，3-驱动芯片，4-穿透硅通孔，5-输入端口；
21-数模转换器，22-数据存储单元，31-像素单元阵列。
具体实施方式
如图2所示，本实施例空间光调制器的驱动电路结构，包括由下而上依次布置的一块片选芯片1、多块数据寄存及数模转换芯片2和一块驱动芯片3，即这些芯片沿竖直方向层层堆叠布置。
所述驱动芯片3内集成有像素单元阵列31。所述数据寄存及数模转换芯片2内集成有多个间隔分布的数模转换器21（这些间隔分布的数模转换器构成数模转换器阵列），且每个数模转换器21附近均布置有与之紧邻的数据存储单元22。每个数模转换器21与驱动芯片3之间均通过穿透硅通孔4电性连接；而且，每个数据存储单元22与所述片选芯片1之间也均通过穿透硅通孔4电性连接。
此外，在本实施例中，所述数据存储单元22与所述片选芯片1之间电性连接的穿透硅通孔4与片选芯片1的连接端连有输入端口5（即：所述数据存储单元与所述片选芯片之间电性连接的穿透硅通孔，其与片选芯片连接的那一端还连有输入端口），且所述输入端口5位于本驱动电路结构的最底部。所有芯片封装于同一管壳内，位于底部的输入端口5方便与管壳端口打线互联。具体应用时，将本驱动电路结构封装在封装管壳（如BGA）内，由于各输入端口5位于本驱动电路结构的最底部，从而使本驱动电路结构的封装工作更为方便，然后将封装管壳直接与背板上的焊盘对接，进一步减小了信号走线长度，提高了传输带宽。相较于传统结构单端口100M bps的传输极限，该发明可以实现500M bps/端口 的数据传输。针对一个256*256像素的多量子阱空间光调制器，其面积超过12mm*12mm，可以布下超过4000个端口（差分），总的数据吞吐量超过1T bps，满足前文提出的要求。
本实施例的工作原理简述如下：输入数字信号进入输入端口5后，通过穿透硅通孔4传输至片选芯片1，片选芯片1将输入信号通过穿透硅通孔4传输至相应的数据寄存及数模转换芯片2，数据寄存及数模转换芯片2将数字信号转换为可被调制器接受的模拟信号，模拟输出信号也通过穿透硅通孔4传输至像素单元用以驱动调制器阵列。
相较于传统方案，本发明具有以下优点：1、采用了多层DAC阵列，减小了芯片面积，增加了数模转换效率；2、允许多排输入端口同时输入，极大的提高了数据传输速率；3、用TSV替代传统金属互联，缩短了走线长度，减小了寄生效应，提高了传输带宽；4、DAC阵列的层数和输入端口排数可以随芯片像素规模增大而增加，相较于传统结构，其在大规模阵列应用中优势更为明显。
为了进一步提高传输速率，合理利用芯片空间，每块数据寄存及数模转换芯片内的数模转换器21排布可以更加紧凑，如图3。这种结构使得每层数据寄存及数模转换芯片2能够获得更好的支撑，充分利用了芯片的面积，有效的减少了数模转换器阵列的层数。
当然，上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让人们能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种空间光调制器的驱动电路结构，其特征在于：包括由下而上依次布置的一块片选芯片(1)、多块数据寄存及数模转换芯片(2)和一块驱动芯片(3)，所述数据寄存及数模 转换芯片(2)内集成有多个间隔分布的数模转换器(21)，每个数模转换器(21)附近均布置有与之紧邻的数据存储单元(22)，且每个数模转换器(21)与驱动芯片(3)之间、以及每个数据存储单元(22)与所述片选芯片(1)之间均通过穿透硅通孔(4)电性连接，所述数据存储单元(22)与所述片选芯片(1)之间电性连接的穿透硅通孔(4)与片选芯片(1)的连接端连有输入端口(5)，且所述输入端口(5)位于所述驱动电路结构的底部。
2.根据权利要求1所述的空间光调制器的驱动电路结构，其特征在于：所述驱动芯片(3)内集成有像素单元阵列(31)。
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