[发明专利]空间光调制器的驱动电路结构

说明书

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装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装换芯片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。