一種帶寬補償?shù)某咚偌す怛?qū)動器電路和驅(qū)動器芯片的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光纖通信等系統(tǒng)中發(fā)射端的激光驅(qū)動器電路，尤其涉及一種帶寬補償 的超高速激光驅(qū)動器電路和驅(qū)動器芯片。
【背景技術(shù)】
[0002] 光纖通信系統(tǒng)以其具有的大容量等特點，在網(wǎng)絡(luò)和多媒體通信中得到了飛速的發(fā) 展。在光纖的前端為光發(fā)射端，光發(fā)射端由復接器、激光驅(qū)動器和激光二極管組成。光發(fā)射 端的作用就是通過復接器將多路低速數(shù)據(jù)信號復接為一路高速信號，經(jīng)過激光驅(qū)動器電路 放大后，驅(qū)動激光二極管發(fā)光，轉(zhuǎn)換為高速光信號，通過光纖傳送出去。因此激光驅(qū)動器的 設(shè)計目標就是要獲得高的帶寬、大的輸出調(diào)制擺幅性能，現(xiàn)有的具有預(yù)加重功能的激光驅(qū) 動器電路大多采用電感元件來擴展帶寬，結(jié)構(gòu)比較復雜需要占用大量的芯片面積，增加了 芯片制造的成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種帶寬補償?shù)某咚?激光驅(qū)動器電路，通過簡單的元器件實現(xiàn)高帶寬和大輸出調(diào)制電流，具有結(jié)構(gòu)簡單、功耗較 低的優(yōu)勢。
[0004] 技術(shù)方案：激光驅(qū)動器的類型分為電壓型激光驅(qū)動器和電流型激光驅(qū)動器，電壓 型激光驅(qū)動器具有可以驅(qū)動共陰極激光二極管陣列的優(yōu)點，為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提 供的帶寬補償?shù)某咚偌す怛?qū)動器電路，包括：三只NPN雙極型晶體管Q1、Q2、Q3,三只MOS 管M1、M2、M3,三只電阻RnR2、R3，三只電容CpCrQ和一只激光二極管VCSEL;晶體管Q1的 基極接輸入電壓Vin，集電極通過電阻&與電源電壓VDD連接，發(fā)射極與MOS管Ml的漏極連 接；晶體管Q2的基極一方面接輸入電壓Vim，另一方面通過電容C2與所述晶體管Q1的集電 極連接，集電極一方面通過電阻R2與電源電壓VDD連接，另一方面通過電容q與所述晶體管 Q1的基極連接，發(fā)射極一方面與MOS管M2的漏極連接，另一方面通過電阻R3和電容C3并聯(lián) 形成的反饋電路與所述晶體管Q1的發(fā)射極連接；晶體管Q3的基極接直流偏置電壓VMf，集 電極一方面與所述晶體管Q2的集電極連接，另一方面通過電阻R2與電源電壓VDD連接，發(fā) 射極與MOS管M3的漏極連接；MOS管M1、M2的柵極一方面分別接直流偏置電壓VMd，另一方 面通過電阻R3和電容C3并聯(lián)形成的反饋電路彼此連接，MOS管M3的柵極接直流偏置電壓 Vbias，MOS管M1、M2、M3的源極均接地；激光二極管VCSEL的陽極與所述晶體管Q2的集電極 和所述晶體管Q3的集電極連接并通過電阻R2與電源電壓VDD連接，激光二極管VCSEL的陰 極接地。
[0005] 其中，為了消除晶體管Q1和Q2基極和集電極之間的寄生電容的影響，電容C1 和C2采用交叉耦合結(jié)構(gòu)，所述電容Ci的電容值等于所述晶體管Q1的基極與所述晶體管Q2 的集電極之間的寄生電容Cwl，所述電容C2的電容值等于所述晶體管Q1的集電極與所述晶 體管Q2的基極之間的寄生電容Cw2。
[0006] 其中，為了實現(xiàn)預(yù)加重功能以此來拓展帶寬，采用電容C3和電阻R3并聯(lián)形成的反 饋電路，所述電阻R3和電容C3的取值滿足：R3C3 =R其中，Q表示VCSEL輸出節(jié)點處的 負載電容，&表示VCSEL輸出節(jié)點的負載電阻。
[0007] 該激光驅(qū)動器的工作原理是：
[0008] 首先，電容(^和C2采用交叉耦合結(jié)構(gòu)，可以消除晶體管Q1和Q2基極和集電極之 間的寄生電容的影響。下面以Q1管的集電極節(jié)點為研宄對象對左半邊電路進行分析。 根據(jù)差分電路工作原理，晶體管Q1集電極節(jié)點的交流電壓和晶體管Q2集電極節(jié)點的 交流電壓相反，那么，V通過寄生電容Cw的電流和V通過耦合電容Ci的電流之和 1為：
[0009] I1=sCs(C.rQ^outi (1)同理可得：
[0010] I2=sCu2V〇ut2+sC2Voutl= s(Cu2-c2)vout2 (2)那么當C1=Cwl，C2=CJ寸，I1 =I2，此時寄生電容的影響就可以被電容CdPc2抵消，從而擴展了電路帶寬。
[0011] 其次，電容c3和電阻R3并聯(lián)形成的反饋電路實現(xiàn)了預(yù)加重功能，拓展了帶寬。設(shè) Q1的跨導為gm，分析其左半邊電路，則放大器的等效跨導為：
[0012]
【主權(quán)項】
1. 一種帶寬補償?shù)某咚偌す怛?qū)動器電路，其特征在于，該電路包括；S只NPN雙極型 晶體管Q1、Q2、Q3,立只MOS管Ml、M2、M3,立只電阻Ri、R2、Rs，立只電容Cl、C2、Cs和一只激 光二極管VCSEL ;晶體管Q1的基極接輸入電壓Vi。，集電極通過電阻Ri與電源電壓Vdd連接， 發(fā)射極與MOS管Ml的漏極連接；晶體管Q2的基極一方面接輸入電壓，另一方面通過電 容C2與所述晶體管Q1的集電極連接，集電極一方面通過電阻R2與電源電壓VDD連接，另一 方面通過電容Cl與所述晶體管Q1的基極連接，發(fā)射極一方面與MOS管M2的漏極連接，另 一方面通過電阻Rs和電容C 3并聯(lián)形成的反饋電路與所述晶體管Q1的發(fā)射極連接；晶體管 Q3的基極接直流偏置電壓Vuf，集電極一方面與所述晶體管Q2的集電極連接，另一方面通 過電阻R2與電源電壓V DD連接，發(fā)射極與MOS管M3的漏極連接；MOS管Ml、M2的柵極一方 面分別接直流偏置電壓另一方面通過電阻Rs和電容C 3并聯(lián)形成的反饋電路彼此連接， MOS管M3的柵極接直流偏置電壓Vbhs，MOS管Ml、M2、M3的源極均接地；激光二極管VCSEL 的陽極與所述晶體管Q2的集電極和所述晶體管Q3的集電極連接并通過電阻R2與電源電 壓Vdd連接，激光二極管VCSEL的陰極接地。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶寬補償?shù)某咚偌す怛?qū)動器電路，其特征在于，所述電容 Cl的電容值等于所述晶體管Q1的基極與所述晶體管Q2的集電極之間的寄生電容C U1，所述 電容C2的電容值等于所述晶體管Q1的集電極與所述晶體管Q2的基極之間的寄生電容C ,2。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶寬補償?shù)某咚偌す怛?qū)動器電路，其特征在于，所述電阻 尺3和電容C 3的取值滿足；R 3〔3= R。。瓜，其中，Cl表示VCS化輸出節(jié)點處的負載電容，R康示 VCS化輸出節(jié)點的負載電阻。
4. 一種帶寬補償?shù)某咚偌す怛?qū)動器巧片，其特征在于，包括權(quán)利要求1所述的超高 速激光驅(qū)動器電路。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的帶寬補償?shù)某咚偌す怛?qū)動器巧片，其特征在于，該巧片采 用BiCMOS工藝實現(xiàn)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種帶寬補償?shù)某咚偌す怛?qū)動器電路和驅(qū)動器芯片，通過兩個交叉耦合電容以及電容和電阻并聯(lián)形成的反饋電路進行激光驅(qū)動器帶寬補償。對于兩個交叉耦合電容，可以消除基極和集電極之間的寄生電容；對于一個電容一個電阻反饋方式，可以產(chǎn)生一個零點來補償極點，從而對帶寬實現(xiàn)補償；同時，調(diào)制電流通過負載電阻直接流入激光二極管，使得激光二極管能夠獲得大的調(diào)制電流。該具有預(yù)加重功能的激光驅(qū)動器電路及驅(qū)動器芯片，具有結(jié)構(gòu)簡單、帶寬高、調(diào)制電流大和功耗低的特點；該芯片采用電阻和電容來拓展帶寬，占用的面積較小，降低了芯片成本；經(jīng)過0.13μm BiCMOS工藝驗證，工作速率達到40Gb/s，輸出調(diào)制電流大于10mA。
【IPC分類】H01S5-042
【公開號】CN104617483
【申請?zhí)枴緾N201510042192
【發(fā)明人】陳瑩梅, 王鵬霞, 王瓊, 龔健偉
【申請人】東南大學
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2015年1月27日