平衡零拍探测技术是测量压缩态量子噪声的主要方法之一，通过光电二极管阵列和多路并行电感-电容（L-C）耦合跨阻的方式，实现了一种低噪声、高信噪比的多像素平衡零拍探测器，探测器的工作带宽为5 MHz。每一个像素通道中，光功率为1.66 mW的815 nm激光入射时，散粒噪声功率在2 MHz分析频率处比电子学噪声高23 dB。当光强分布在所有像素通道时，各通道散粒噪声功率和入射光强成正比，验证了探测器可以实现多通道并行的平衡零拍探测。该探测器可实现量子光学频率梳的频谱可分辨平衡零拍探测，为量子光学频率梳在量子精密测量领域的应用提供高性能的探测工具。

基于90 nm SiGe BiCMOS工艺，设计了一种高速(4×112 Gbit/s)四阶脉冲幅度调制跨阻放大器电路。为了兼顾高带宽和低噪声，采用了并联反馈架构的输入级电路。提出一种新颖的基于双吉尔伯特单元的可变增益放大器结构来适应宽动态范围的输入电流。电路利用射级退化技术来提高带宽和改善线性度。芯片测试结果表明，光接收前端链路可以实现最大74 dBΩ的跨阻增益，带宽为32 GHz，输入参考噪声电流密度为5.6 pA·Hz-1/2，高至3 mA的输入电流峰峰值下总谐波失真小于5%。跨阻放大器芯片进一步集成至400G QSFP-DD模块，测试结果表明，模块性能满足400G以太网FR4标准的灵敏度和传纤距离要求。

在高速接口电路中，接收机通常采用连续时间线性均衡器(Continuous-Time Linear Equalizer，CTLE)消除符号间干扰(Inter-Symbol Interference，ISI)对信号传输的影响。为提高CTLE电路的高频增益和减少芯片面积，基于UMC(United Microelectronics Corporation)28nm工艺，设计了一款最大速率为50Gbps的CTLE电路，其主体电路由跨导级联跨阻抗(Trans-Admittance Trans-impedance，TAS-TIS)结构和前馈路径的两级CTLE电路构成。在传统CTLE的基础上，使用有源电感做负载，以反相器为基础构建跨阻放大器和在输入管增加前馈通路等方式，有效地扩展了电路的工作频率。仿真结果显示，均衡后40Gbps PAM4(4-Level Pulse Amplitude Modulation)信号、50Gbps PAM4信号和28Gbps NRZ(Non Return Zero Code)信号的眼图眼宽分别达到了0.68，0.5，0.92个码元间隔(UI)，可满足后级电路对于输入信号的要求，对提升整体传输数据速率具有重要的意义。

通过分析平衡零拍探测器的噪声来源，采用电阻-电容（R-C）耦合跨阻电路方案并优化跨阻放大电路结构，实现了一种低噪声、高共模抑制比的宽带平衡零拍探测器，工作带宽为1 kHz~200 MHz。当光功率为8 mW的 1550 nm激光入射时：在5 kHz分析频率处散粒噪声功率比电子学噪声功率高12 dB，共模抑制比达到70 dB；在100 MHz分析频率处散粒噪声功率比电子学噪声功率高20 dB，共模抑制比达到66 dB。该探测器可以为低频引力波探测、高速连续变量量子密钥分发和高速量子随机数发生器等应用提供高性能的探测工具。

随着太赫兹技术、低温电子学和射电天文学的发展, 对可低温环境下工作的集成封装式跨阻放大芯片的需求增加。本文针对一种 Ge-Si基底型跨阻放大器, 主要研究了其深低温环境下的电学性能, 获得了 8K温度下放大器芯片的典型端口电流-电压特性曲线和增益曲线, 得到了在 0.1~3 GHz频带内较为平坦的增益效果; 为了验证其对太赫兹光电信号的放大功能, 将该跨阻放大器与太赫兹量子阱探测器集成封装, 并搭建了太赫兹脉冲激光探测系统, 在 8K温度下实现了对脉宽 2 μs太赫兹光电探测信号的有效放大, 跨阻增益约 560 Ω, 电流放大增益为 1.78 mA/V。上述研究成果首次验证了商用跨阻放大器在深低温环境下应用的可行性, 为太赫兹高速探测与高频通信领域的集成跨阻放大提供了一种有效技术手段。

基于0.13 μm SiGe BiCMOS工艺,设计了一种25 Gbit/s的光接收机前端放大电路单片集成的放大电路。该电路实现了光接收机前端放大电路的单片集成,并采用带反馈系统的跨阻放大器、电感峰化、自动增益控制电路等设计有效提高了增益、带宽和系统稳定性。经仿真与测试,该设计增益达到69.9 dB,带宽为19.1 GHz,并在工业级芯片工作温度(-40 ℃~+85 ℃)下带宽误差不超过0.1%。该芯片工作时需要的供电电流为45 mA,功耗为81 mW,信号抖动RMS值为5.8 ps,具有良好的性能和稳定性。本设计提供了一种能够适用于100 Gbit/s(25 Gbit/s×4线)光互连系统的设计方案,具有广泛的应用前景。

为了处理宽动态范围的激光脉冲回波信号, 设计了一种带有自适应增益控制技术的模拟前端。通过分段调节跨阻放大器的跨阻增益, 实现了在1 μA~1 mA范围内输入电流与输出电压近似线性的关系。提出了自触发使能方法, 可以在没有外部清零信号的情况下连续接收回波信号。提出了一种新型差分移位时刻鉴别电路, 能有效减小行走误差。电路采用0.11 μm CMOS工艺设计, 后仿真结果表明, -3 dB带宽为530 MHz, 最大跨阻增益为103 dBΩ, 等效输入噪声电流谱密度为6.47 pA·Hz-1/2@350 MHz, 输入动态范围为60 dB, 功耗小于100 mW。该模拟前端电路设计适用于飞行时间脉冲激光雷达。

针对引力波探测空间天线激光干涉仪对四象限光电探测器提出的低噪声、高灵敏度、高带宽的要求, 设计了一种四象限光电探测器芯片与读出电路混合集成的低噪声光电探测器。四象限光电探测器芯片采用四个性能一致的双耗尽区InGaAs PIN光电二极管单片集成结构, 以降低二极管电容, 减小象限间隔, 提高灵敏度。通过PSPICE软件对由探测器芯片、低噪声跨阻放大读出电路构成的探测器模块进行了仿真, 优化了电路参数, 计算出相应的增益、带宽、噪声功率密度。性能测试表明, 研制的集成式探测器模的-3dB带宽为28.3MHz, 等效噪声功率密度为1.7pW/Hz1/2, 象限增益一致性为0.76%, 基本满足空间激光干涉仪的需求。