空間光調製器的驅動電路結構的製作方法

2023-07-01 09:38:41

專利名稱：空間光調製器的驅動電路結構的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種空間光調製器的驅動電路結構。
背景技術：
CMOS驅動電路和空間光調製器相結合實現光電信號轉換已被應用於圖像識別、信號處理、光通信和光計算等多種場合。基於多量子阱エ藝的空間光調製器的響應速度在Ins左右，在高速計算方面具有得天獨厚的優勢，且計算複雜度不會隨器件像素增多而増加，越是大型計算優勢越明顯。但是傳統的CMOS驅動電路無法配合調製器進行高速光學計算。以256*256像素、256級(8位)調製灰度的空間光調製器陣列為例，其所需數據量為524，288(256*256*8)位/幀。為實現高速光學計算，調製器轉換速率需要在2M幀/秒以上，因此CMOS驅動電路的吞吐量將超過IT bps。如此巨大的數據流需要10，000個傳統CMOS接ロ(100M bps)才能達到，這對於晶片封裝、系統集成而言都是ー個沉重的負擔。傳統的空間光調製器驅動電路結構如圖I所示，數模轉換器(簡稱DAC)陣列與像素単元(簡稱pixel)陣列集成在同一晶片內，且數模轉換器陣列布置於像素單元陣列ー側，其輸出經過ー級緩衝器驅動像素単元。各模塊(即輸入端ロ I』、數據存儲単元2』、數模轉換器陣列3』、緩衝器陣列4』和像素單元陣列5』)處於同一水平層面上，各模塊之間由同層金屬走線連接。這種設計的主要缺點有ニ 1、DAC陣列與pixel陣列處於同一水平層面，佔用了非常多的晶片面積；2、數據輸入速率和DAC個數限制了更快更多的電光信號轉換。隨著晶片像素規模的増大，傳輸和轉換壓力會越來越大。

發明內容
本發明目的是針對上述問題，提供一種空間光調製器的驅動電路結構，該驅動電路結構具有極高的集成度，能支撐大量高速信號傳輸。本發明的技術方案是所述空間光調製器的驅動電路結構，包括由下而上依次布置的ー塊片選晶片、多塊數據寄存及數模轉換晶片和ー塊驅動晶片，所述數據寄存及數模裝換晶片內集成有多個間隔分布的數模轉換器，每個數模轉換器附近均布置有與之緊鄰的數據存儲単元，且每個數模轉換器與驅動晶片之間、以及每個數據存儲単元與所述片選晶片之間均通過穿透矽通孔電性連接。所述驅動晶片內集成有像素單元陣列。所述數據存儲單元與所述片選晶片之間電性連接的穿透矽通孔與片選晶片的連接端連有輸入端ロ，且所述輸入端ロ位於所述驅動電路結構的底部。本發明的優點是
1、採用了多層DAC陣列，減小了晶片面積，増加了數模轉換效率；
2、允許多排輸入端ロ同時輸入,極大的提高了數據傳輸速率；
3、用穿透矽通孔(簡稱TSV)替代傳統金屬互聯，縮短了走線長度，減小了寄生效應，提高了傳輸帶寬。
4、DAC陣列的層數和輸入端ロ排數可以隨晶片像素規模增大而增加，相較於傳統結構，其在大規模陣列應用中優勢更為明顯。


下面結合附圖及實施例對本發明作進ー步描述
圖I為傳統空間光調製器的驅動電路結構示意 圖2為本發明實施例的結構示意 圖3為本發明實施例在DAC排布比較緊湊時的 結構示意 其中I-片選晶片，2-數據寄存及數模轉換晶片，3-驅動晶片，4-穿透矽通孔，5-輸入端ロ ；
21-數模轉換器，22-數據存儲単元，31-像素單元陣列。
具體實施例方式如圖2所示，本實施例空間光調製器的驅動電路結構，包括由下而上依次布置的ー塊片選晶片I、多塊數據寄存及數模轉換晶片2和ー塊驅動晶片3，即這些晶片沿豎直方
向層層堆疊布置。所述驅動晶片3內集成有像素單元陣列31。所述數據寄存及數模裝換晶片2內集成有多個間隔分布的數模轉換器21 (這些間隔分布的數模轉換器構成數模轉換器陣列)，且每個數模轉換器21附近均布置有與之緊鄰的數據存儲単元22。每個數模轉換器21與驅動晶片3之間均通過穿透矽通孔4電性連接；而且，每個數據存儲単元22與所述片選晶片I之間也均通過穿透矽通孔4電性連接。此外，在本實施例中，所述數據存儲單元22與所述片選晶片I之間電性連接的穿透矽通孔4與片選晶片I的連接端連有輸入端ロ 5 (即所述數據存儲單元與所述片選晶片之間電性連接的穿透矽通孔，其與片選晶片連接的那一端還連有輸入端ロ)，且所述輸入端ロ 5位於本驅動電路結構的最底部。所有晶片封裝於同一管殼內，位於底部的輸入端ロ5方便與管殼端ロ打線互聯。具體應用時，將本驅動電路結構封裝在封裝管殼(如BGA)內，由於各輸入端ロ 5位於本驅動電路結構的最底部，從而使本驅動電路結構的封裝工作更為方便，然後將封裝管殼直接與背板上的焊盤對接，進ー步減小了信號走線長度，提高了傳輸帶寬。相較於傳統結構單端ロ 100M bps的傳輸極限，該發明可以實現500M bps/端ロ的數據傳輸。針對ー個256*256像素的多量子阱空間光調製器，其面積超過12mm*12mm，可以布下超過4000個端ロ(差分)，總的數據吞吐量超過IT bps，滿足前文提出的要求。本實施例的工作原理簡述如下輸入數位訊號進入輸入端ロ 5後，通過穿透矽通孔4傳輸至片選晶片1，片選晶片I將輸入信號通過穿透矽通孔4傳輸至相應的數據寄存及數模裝換晶片2，數據寄存及數模轉換晶片2將數位訊號轉換為可被調製器接受的模擬信號，模擬輸出信號也通過穿透矽通孔4傳輸至像素単元用以驅動調製器陣列。相較於傳統方案，本發明具有以下優點1、採用了多層DAC陣列，減小了晶片面積，増加了數模轉換效率；2、允許多排輸入端ロ同時輸入，極大的提高了數據傳輸速率；3、用TSV替代傳統金屬互聯，縮短了走線長度，減小了寄生效應，提高了傳輸帶寬；4、DAC陣列的層數和輸入端ロ排數可以隨晶片像素規模增大而增加，相較於傳統結構，其在大規模陣列應用中優勢更為明顯。為了進一步提高傳輸速率，合理利用晶片空間，每塊數據寄存及數模裝換晶片內 的數模轉換器21排布可以更加緊湊，如圖3。這種結構使得每層數據寄存及數模裝換晶片2能夠獲得更好的支撐，充分利用了晶片的面積，有效的減少了數模轉換器陣列的層數。當然，上述實施例只為說明本發明的技術構思及特點，其目的在於讓人們能夠了解本發明的內容並據以實施，並不能以此限制本發明的保護範圍。凡根據本發明主要技術方案的精神實質所做的等效變換或修飾，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種空間光調製器的驅動電路結構，其特徵在於包括由下而上依次布置的ー塊片選晶片(I)、多塊數據寄存及數模轉換晶片(2)和ー塊驅動晶片(3)，所述數據寄存及數模裝換晶片(2)內集成有多個間隔分布的數模轉換器(21)，每個數模轉換器(21)附近均布置有與之緊鄰的數據存儲単元(22)，且每個數模轉換器(21)與驅動晶片(3)之間、以及每個數據存儲単元(22 )與所述片選晶片(I)之間均通過穿透矽通孔(4 )電性連接。
2.根據權利要求I所述的空間光調製器的驅動電路結構，其特徵在於所述驅動晶片(3)內集成有像素單元陣列(31)。
3.根據權利要求I所述的空間光調製器的驅動電路結構，其特徵在於所述數據存儲単元(22)與所述片選晶片(I)之間電性連接的穿透矽通孔(4)與片選晶片(I)的連接端連有輸入端ロ(5)，且所述輸入端ロ(5)位於所述驅動電路結構的底部。
全文摘要
本發明公開了一種空間光調製器的驅動電路結構，它包括由下而上依次布置的一塊片選晶片、多塊數據寄存及數模轉換晶片和一塊驅動晶片，所述數據寄存及數模裝換晶片內集成有多個間隔分布的數模轉換器，且每個數模轉換器附近均布置有與之緊鄰的數據存儲單元，每個數模轉換器與驅動晶片之間、以及每個數據存儲單元與所述片選晶片之間均通過穿透矽通孔電性連接。該驅動電路結構具有極高的集成度，能支撐大量高速信號傳輸。
文檔編號G09G3/36GK102646385SQ20121013594
公開日2012年8月22日 申請日期2012年5月4日 優先權日2012年5月4日
發明者張宇翔, 張耀輝, 朱明皓 申請人:中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所