專利名稱：一種低電壓自適應(yīng)光通信激光驅(qū)動器電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光通信領(lǐng)域的激光器調(diào)制電流輸出驅(qū)動電路，具體說是一種低電壓 自適應(yīng)光通信激光驅(qū)動器電路。
背景技術(shù)：
激光驅(qū)動器作為光通信系統(tǒng)不可缺少的組成部分，廣泛地應(yīng)用于同步數(shù)字復(fù)接、 高速以太網(wǎng)、光纖到戶等各個(gè)方面，并成為眾多國內(nèi)外眾多學(xué)者的研究領(lǐng)域。光通信系統(tǒng)對激光驅(qū)動器有多項(xiàng)要求，主要包括輸入信號幅度、輸出上升/下降 時(shí)間、激光功率控制、偏置電流和調(diào)制電流控制、溫度補(bǔ)償、失效監(jiān)控等多個(gè)方面?，F(xiàn)有的用于光通信的激光驅(qū)動器典型調(diào)制電流驅(qū)動電路如圖1所示。晶體管Q5 和Q6構(gòu)成第一級限幅差分放大器。這樣，只要輸入信號的幅度在設(shè)計(jì)的范圍之內(nèi)，在電阻 R4和R5上將得到固定幅度的調(diào)制信號。由晶體管Q3和Q4構(gòu)成的射級跟隨器起到直流電 平位移的作用，以匹配下一級電路的共模輸入電平的要求。晶體管Q7和Q8構(gòu)成的第二級 限幅差分放大器主要用于信號整形，同時(shí)驅(qū)動由晶體管Q9和QlO構(gòu)成的射級跟隨器。晶體 管Ql和Q2構(gòu)成差分功率輸出級，驅(qū)動激光器(Laser)。晶體管M1-M7為各級放大電路提供 偏置，其中，改變Ml的柵級電壓可以控制激光器調(diào)制電流的大小。然而圖1所示的典型電路在高速和低電壓供電的場合會有不夠適用的地方。一方 面，由晶體管Q3和Q4構(gòu)成的射級跟隨器在高頻率的場合會呈現(xiàn)出電感的特性，很大程度上 降低了其高頻傳輸特性。另一方面，晶體管Ml和Ql及Q2串聯(lián)后再驅(qū)動激光二極管，使得 電源供電電壓不能太低，至少得保證兩個(gè)晶體管加上激光二極管，這三個(gè)器件串聯(lián)后的供 電工作區(qū)間。故當(dāng)出現(xiàn)低電源供電電壓應(yīng)用時(shí)，激光驅(qū)動器無法正常工作。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種低電壓自適應(yīng)光通信激 光驅(qū)動器電路，以解決低電源供電電壓應(yīng)用時(shí)，激光驅(qū)動器無法正常工作的問題。為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是一種低電壓自適應(yīng)光通信激光驅(qū)動器電路，其特征在于包括依次連接的差分調(diào)制電流放大器Al、差分電壓跟隨器A2、差分調(diào)制電流驅(qū)動器 A3，其中，差分調(diào)制電流放大器Al用于放大輸入調(diào)制電流信號Din，并與差分電壓跟隨器A2 的阻抗及電平相匹配； 差分電壓跟隨器A2用于放大差分調(diào)制電流放大器Al處理后的輸入調(diào)制電流信 號，并與差分調(diào)制電流驅(qū)動器A3的阻抗及電平相匹配；差分調(diào)制電流驅(qū)動器A3用于輸出調(diào)制電流信號Dout，調(diào)制電流信號Dout用于驅(qū)
動激光二級管；調(diào)制電流控制電路Ml用于控制差分調(diào)制電流放大器Al的調(diào)制電流。
在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述差分調(diào)制電流放大器Al包括晶體管Ql，Q2，Q7， Q8，Ql 1，電阻R1-R5 ；所述差分電壓跟隨器A2包括晶體管Q3，Q4，Q9，QlO ；所述差分調(diào)制電 流驅(qū)動器A3包括晶體管Q5，Q6 ；調(diào)制電流控制電路Ml為一個(gè)晶體管。在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，調(diào)制信號輸入端Din與相等的差分對管Ql和Q2的基 極相連；Ql和Q2的發(fā)射級與晶體管Q8的集電極相連；Ql和Q2的集電極分別與相等的電阻 R4和R5的一端以及相等的晶體管Q4和Q3的基極相連；電阻R4和R5的另一端分別與相等的電阻R2和R3相連；電阻R2和R3的另一端 與電阻Rl的一端以及晶體管Ml的漏級相連；晶體管Ml的源級接電源VDD，柵極接調(diào)制電流控制信號輸入Ctrl ；晶體管Q7-Q10的基極都連在一起，并與Q7的集電極以及Qll的發(fā)射極相連；晶體管Qll的集電極和基極均與電阻Rl的另一端相連；相等的晶體管Q9和QlO的集電極分別與晶體管Q3和Q4的發(fā)射極以及相等的晶 體管Q5和Q6的基極相連； 晶體管Q3和Q4的集電極接電源VDD ；晶體管Q5和Q6的集電極作為調(diào)制電流的差分輸出信號，分別與電阻R6、激光二極 管Dl的負(fù)極相連；電阻R6的另一端與電源VDD和激光二極管Dl的正極連接；晶體管Q5-Q10的發(fā)射極接地VSS。在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，設(shè)晶體管Q7和Q8的發(fā)射級面積分別為S7和S8，則電 阻R1-R3及晶體管Q7和Q8的發(fā)射級面積S7和S8的取值滿足以下比例關(guān)系R1/S7 = S8/R2,電阻R4及R5的取值范圍在電阻R2的1/2到1/10之間。本發(fā)明所述的低電壓自適應(yīng)光通信激光驅(qū)動器電路，具有以下優(yōu)點(diǎn)1、能夠在很低的電源電壓供電條件下工作，工作電壓只需要滿足單個(gè)驅(qū)動晶體管 和激光二極管串聯(lián)后的電壓工作區(qū)間。2、能夠回避典型調(diào)制電流驅(qū)動電路的電感特性的影響，提高驅(qū)動電路的工作速率。3、能夠根據(jù)要求輸出電流的不同，自主調(diào)節(jié)推動級的驅(qū)動電流的大小，以起到降 低總體功耗的效果。


本發(fā)明有如下附圖圖1用于光通信的激光驅(qū)動器典型調(diào)制電流驅(qū)動電路；圖2本發(fā)明的系統(tǒng)框圖；圖3本發(fā)明的具體實(shí)現(xiàn)方式；圖4本發(fā)明的電路仿真結(jié)果。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明提供了 一種低電壓自適應(yīng)光通信激光驅(qū)動器調(diào)制電流輸出電路，可用于在低供電電壓工作條件下的高速調(diào)制電流輸出，以驅(qū)動光通信激光器/激光二極管。圖2是 本發(fā)明的系統(tǒng)框圖，它包含一個(gè)差分調(diào)制電流放大器Al，用于放大輸入調(diào)制電流信號Din，并與后級(差分電 壓跟隨器A2)的阻抗及電平相匹配；一個(gè)差分電壓跟隨器A2，作為差分調(diào)制電流放大器Al的后級，用于放大差分調(diào)制 電流放大器Al處理后的輸入調(diào)制電流信號，并與后級(差分調(diào)制電流驅(qū)動器??； )的阻抗及 電平相匹配；一個(gè)差分調(diào)制電流驅(qū)動器A3，作為差分電壓跟隨器A2的后級，用于輸出調(diào)制電流 信號Dout，調(diào)制電流信號Dout用于驅(qū)動激光二級管； 一個(gè)調(diào)制電流控制電路Ml，調(diào)制電流控制電路Ml用于控制差分調(diào)制電流放大器 Al的調(diào)制電流的大??；差分調(diào)制電流放大器Al、差分電壓跟隨器A2、差分調(diào)制電流驅(qū)動器A3依次連接。圖3是本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施電路圖。其中，晶體管Ql，Q2，Q7，Q8，Ql 1，電阻R1-R5 組成差分調(diào)制電流放大器Al ；晶體管Q3，Q4，Q9，Q10組成差分電壓跟隨器A2 ；晶體管Q5和 Q6組成差分調(diào)制電流驅(qū)動器A3 ；調(diào)制電流控制電路Ml為一個(gè)晶體管。所有的晶體管及電 阻采用集成器件，其具體連接關(guān)系是調(diào)制信號輸入端Din與相等的差分對管Ql和Q2的基極相連；Ql和Q2的發(fā)射級 與晶體管Q8的集電極相連；Ql和Q2的集電極分別與相等的電阻R4和R5的一端以及相等 的晶體管Q4和Q3的基極相連；電阻R4和R5的另一端分別與相等的電阻R2和R3相連；電阻R2和R3的另一端 與電阻Rl的一端以及晶體管Ml的漏級相連；晶體管Ml的源級接電源VDD，柵極接調(diào)制電流控制信號輸入Ctrl ；Q7-Q10的基極都連在一起，并與Q7的集電極以及Qll的發(fā)射極相連；晶體管Qll的集電極和基極均與電阻Rl的另一端相連；相等的晶體管Q9和QlO的集電極分別與晶體管Q3和Q4的發(fā)射極以及相等的晶 體管Q5和Q6的基極相連；晶體管Q3和Q4的集電極接電源VDD ；晶體管Q5和Q6的集電極作為調(diào)制電流的差分輸出信號，分別與電阻R6、激光二極 管Dl的負(fù)極相連；電阻R6的另一端與電源VDD和激光二極管Dl的正極連接；晶體管Q5-Q10的發(fā)射極接地VSS。上述晶體管Ql-Qll采用的型號可以是LN232，電阻R1-R5采用的型號可以是 rnp3t-b,晶體管Ml采用的型號可以是pfets。在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，設(shè)晶體管Q7和Q8的發(fā)射級面積分別為S7和S8，則電 阻R1-R3及晶體管Q7和Q8的發(fā)射級面積S7和S8的取值滿足以下比例關(guān)系R1/S7 = S8/R2,電阻R4及R5的取值范圍在電阻R2的1/2到1/10之間。例如，可以取Rl = IOK Ω , S7 = 2um2，則R2可以取1ΚΩ，S8可以取20um2，R4及R5的可以取500 Ω。如圖3所示，調(diào)制信號由輸入端Din加載到調(diào)制電流放大器Al中差分輸入管Ql 和Q2的基極，限幅放大后的調(diào)制信號通過Q3和Q4傳遞到輸出管Q5和Q6的基極。調(diào)制電流由Q5和Q6的集電極輸出。輸出調(diào)制電流的大小由調(diào)制電流控制信號輸入Ctrl來控制， 通過調(diào)整調(diào)制電流控制信號輸入Ctrl電壓的高低，可以調(diào)整晶體管Ml的漏極的電壓，從而 改變包括Ql和Q2的差分調(diào)制電流放大器Al的供電電壓，引起通過Q3和Q4傳遞到Q5和 Q6的基極的信號的大小，最終改變Q5和Q6輸出的調(diào)制電流。由于Ml的漏極的電位越高，流過Rl，Qll和Q7的電流會越大，引起作為尾電流源 的電流鏡Q8-Q10的電流增加，整個(gè)輸出推動電路的功耗增加，輸出的調(diào)制電流也增加；Ml 的漏極的電位越低，則相反。因而這個(gè)是一個(gè)自適應(yīng)的驅(qū)動電路，能夠隨著輸出電流的大小 來調(diào)整自身的功耗，起到降低整體功耗的效果。為了保證輸出的調(diào)制電流信號有足夠的速度，輸出晶體管Q5和Q6的工作區(qū)應(yīng)當(dāng) 是從臨界開啟狀態(tài)到放大區(qū)之間，因而基極電位不能低到使晶體管Q5和Q6進(jìn)入截至區(qū)。為 了滿足這個(gè)要求，電阻R1-R3及晶體管Q7和Q8的取值需按以下規(guī)則設(shè)晶體管Q7和Q8的 發(fā)射級面積分別為S7和S8,則電阻R1-R3及晶體管Q7和Q8的發(fā)射級面積S7和S8的取值 滿足R1/S7 = S8/R2。這樣無論調(diào)制電流控制信號Ctrl變化而引起Ml的漏極點(diǎn)位如何變 化變化，若Ql工作于開關(guān)導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，Qll的集電極點(diǎn)位與R2的下端點(diǎn)位總是相等，也就 是等于Q7和Qll的b-e結(jié)電壓之和。因而晶體管Q6基極點(diǎn)位就近似等于Q7的b_e結(jié)電 壓與R4的壓降之差。仔細(xì)選取R4的值，可以使無論Ctrl端的控制電壓如何取值，Q7的基 極電位都略低于Q7的開啟電壓，使Q7處于臨界導(dǎo)通狀態(tài)，保證輸出的零電平足夠低，從而 保證激光器輸出的消光比。參考圖4是本發(fā)明電路工作于1. 8V低電壓下的仿真結(jié)果。可見在當(dāng)調(diào)制電流輸 出達(dá)到約50mA時(shí)，上升/下降時(shí)間都在90ps以內(nèi)，并且調(diào)制電流的零點(diǎn)不超過1mA，保證了 消光比的要求。
權(quán)利要求
1.一種低電壓自適應(yīng)光通信激光驅(qū)動器電路，其特征在于包括依次連接的差分調(diào)制電流放大器Al、差分電壓跟隨器A2、差分調(diào)制電流驅(qū)動器A3，其中，差分調(diào)制電流放大器Al用于放大輸入調(diào)制電流信號Din，并與差分電壓跟隨器A2的阻 抗及電平相匹配；差分電壓跟隨器A2用于放大差分調(diào)制電流放大器Al處理后的輸入調(diào)制電流信號，并 與差分調(diào)制電流驅(qū)動器A3的阻抗及電平相匹配；差分調(diào)制電流驅(qū)動器A3用于輸出調(diào)制電流信號Dout，調(diào)制電流信號Dout用于驅(qū)動激 光二級管；調(diào)制電流控制電路Ml用于控制差分調(diào)制電流放大器Al的調(diào)制電流。
2.如權(quán)利要求1所述的低電壓自適應(yīng)光通信激光驅(qū)動器電路，其特征在于所述差分 調(diào)制電流放大器Al包括晶體管Ql，Q2，Q7，Q8，Ql 1，電阻R1-R5 ；所述差分電壓跟隨器A2包 括晶體管Q3，Q4，Q9，Q10 ；所述差分調(diào)制電流驅(qū)動器A3包括晶體管Q5，Q6 ；調(diào)制電流控制電 路Ml為一個(gè)晶體管。
3.如權(quán)利要求2所述的低電壓自適應(yīng)光通信激光驅(qū)動器電路，其特征在于調(diào)制信號 輸入端Din與相等的差分對管Ql和Q2的基極相連；Ql和Q2的發(fā)射級與晶體管Q8的集電 極相連；Ql和Q2的集電極分別與相等的電阻R4和R5的一端以及相等的晶體管Q4和Q3的 基極相連；電阻R4和R5的另一端分別與相等的電阻R2和R3相連；電阻R2和R3的另一端與電 阻Rl的一端以及晶體管Ml的漏級相連；晶體管Ml的源級接電源VDD，柵極接調(diào)制電流控制信號輸入Ctrl ；晶體管Q7-Q10的基極都連在一起，并與Q7的集電極以及Qll的發(fā)射極相連；晶體管Qll的集電極和基極均與電阻Rl的另一端相連；相等的晶體管Q9和QlO的集電極分別與晶體管Q3和Q4的發(fā)射極以及相等的晶體管 Q5和Q6的基極相連；晶體管Q3和Q4的集電極接電源VDD ；晶體管Q5和Q6的集電極作為調(diào)制電流的差分輸出信號，分別與電阻R6、激光二極管 Dl的負(fù)極相連；電阻R6的另一端與電源VDD和激光二極管Dl的正極連接；晶體管Q5-Q10的發(fā)射極接地VSS。
4.如權(quán)利要求3所述的低電壓自適應(yīng)光通信激光驅(qū)動器電路，其特征在于設(shè)晶體管 Q7和Q8的發(fā)射級面積分別為S7和S8，則電阻R1-R3及晶體管Q7和Q8的發(fā)射級面積S7 和S8的取值滿足以下比例關(guān)系R1/S7 = S8/R2,電阻R4及R5的取值范圍在電阻R2的1/2到1/10之間。
全文摘要
本發(fā)明是一種低電壓自適應(yīng)光通信激光驅(qū)動器電路，包括依次連接的差分調(diào)制電流放大器A1、差分電壓跟隨器A2、差分調(diào)制電流驅(qū)動器A3，其中，差分調(diào)制電流放大器A1用于放大輸入調(diào)制電流信號Din，并與后級的阻抗及電平相匹配；差分電壓跟隨器A2用于放大差分調(diào)制電流放大器A1處理后的輸入調(diào)制電流信號，并與后級的阻抗及電平相匹配；差分調(diào)制電流驅(qū)動器A3用于輸出調(diào)制電流信號Dout，調(diào)制電流信號Dout用于驅(qū)動激光二級管；調(diào)制電流控制電路M1用于調(diào)整差分調(diào)制電流放大器A1的調(diào)制電流。本發(fā)明所述激光驅(qū)動器電路，能夠在很低的電源電壓供電條件下工作；提高了驅(qū)動電路的工作速率；可自主調(diào)節(jié)推動級的驅(qū)動電流的大小。
文檔編號H03F3/45GK102064468SQ20101058787
公開日2011年5月18日 申請日期2010年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月15日
發(fā)明者周華, 蔣湘 申請人:烽火通信科技股份有限公司