[實(shí)用新型]采用負(fù)電容中和技術(shù)的高速激光二極管驅(qū)動(dòng)器集成電路

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201420201414.6
• 申請(qǐng)日: 2014-04-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN203774608U
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-08-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃果池;李景虎;張遠(yuǎn)燚
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 福建一丁芯光通信科技有限公司
• 主分類號(hào): H01S5/042
• 分類號(hào): H01S5/042
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 張宏威

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及10Gbps及10Gbps以上速率的高速激光二極管驅(qū)動(dòng)器集成電路，屬于集成電路領(lǐng)域。

背景技術(shù)

人們對(duì)于網(wǎng)絡(luò)接入到基于萬(wàn)維網(wǎng)(WEB)應(yīng)用和集成多媒體應(yīng)用(如聲音/數(shù)據(jù)/圖像)的爆炸性需求催生了對(duì)更寬帶寬的網(wǎng)絡(luò)的強(qiáng)烈要求。微電子及光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速演進(jìn)能夠推動(dòng)帶寬容量的不斷增長(zhǎng)，促使人們能夠不斷地向更快的網(wǎng)絡(luò)過(guò)度，從10Mb/s、100Mb/s、1Gb/s一直到10Gb/s。

10G?PON(passive?optical?network，無(wú)源光網(wǎng)絡(luò))的技術(shù)如今已經(jīng)成熟，正走向大規(guī)模應(yīng)用階段，為加快推進(jìn)其大規(guī)模應(yīng)用速度，有必要增強(qiáng)10G?PON的各個(gè)模塊的集成度和性能，并降低功耗和價(jià)格，尤其是在整個(gè)PON系統(tǒng)中負(fù)責(zé)光電信號(hào)轉(zhuǎn)換接口的光收發(fā)模塊。在光收發(fā)系統(tǒng)中，激光二極管驅(qū)動(dòng)器主要實(shí)現(xiàn)把電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)的功能，其調(diào)制電流輸出能力影響著激光二極管輸出光功率的大小，其輸出電信號(hào)的抖動(dòng)性能和眼圖質(zhì)量也對(duì)整個(gè)光通信系統(tǒng)的誤碼率產(chǎn)生一定的影響。

如圖1所示，傳統(tǒng)的10Gb/s或10Gbps以上速率的高速激光二極管驅(qū)動(dòng)放大器一般由m(m＝1,2…)級(jí)差分放大器級(jí)聯(lián)而成。當(dāng)工作速率達(dá)到10Gb/s或更高時(shí)，為了減少overshoot，ringing等現(xiàn)象以提高信號(hào)的眼圖質(zhì)量，通常需要減少第1級(jí)放大器的輸入端的回波損耗(return?loss)和最后一級(jí)(第m級(jí))的輸出端的回波損耗。而為了使驅(qū)動(dòng)放大器能夠輸出可變的調(diào)制電流，一般需通過(guò)控制m級(jí)激光二極管驅(qū)動(dòng)放大器中第n(n＝1,2…m)級(jí)放大器的電壓增益來(lái)實(shí)現(xiàn)，第n級(jí)放大器為可控增益放大器級(jí)。如圖2所示，第n級(jí)放大器由差分放大器和跟隨器組成，差分放大器由晶體管N_n1、N_n2，負(fù)載電阻R_n1、R_n2及可控電流源I_n1組成；其中晶體管N_n1、N_n2為共發(fā)射極(雙極型晶體管)或共源極(CMOS晶體管)。跟隨器則由晶體管N_n3、N_n4和可控電流源I_n2，I_n3構(gòu)成，N_n3和N_n4若采用雙極型晶體管時(shí)，跟隨器為發(fā)射極跟隨器，N_n3和N_n4若采用CMOS晶體管時(shí)，跟隨器為源極跟隨器。

其中差分放大器對(duì)上一級(jí)給的輸入信號(hào)Von_n-1和Vop_n-1進(jìn)行放大，而發(fā)射極/源極跟隨器則主要是為了給下一級(jí)放大器提供正確的直流偏置電壓。Von_n和Vop_n為整個(gè)可變?cè)鲆娣糯笃鞯妮敵龉?jié)點(diǎn)。第n級(jí)放大器的偏置電流源都是可控制的，通過(guò)改變偏置電流的大小來(lái)控制該級(jí)放大器的電壓增益，進(jìn)而控制整個(gè)驅(qū)動(dòng)放大器電路的電壓增益和輸出調(diào)制電流的大小。當(dāng)可變偏置電流I_n1變大時(shí)，輸入寄生電容C_in,n(等效元件)隨著I_n1的不斷增加而增大。如果該級(jí)放大器的四個(gè)晶體管采用雙極型晶體管時(shí)，C_in,n的增加是由于雙極型晶體管在正向偏置工作狀態(tài)下的基極-發(fā)射極之間的充電電容隨著集電極偏置電流的增加而變大的結(jié)果；如果放大器晶體管采用CMOS晶體管時(shí)，C_in,n的變大是由于CMOS晶體管的柵-源電壓隨著漏電流的不斷增加而增大造成的。由于C_in,n變大時(shí)，第n-1級(jí)放大器的負(fù)載電容就會(huì)跟著變大，主極點(diǎn)頻率會(huì)降低，因此造成第n-1級(jí)放大器的電壓增益-3dB帶寬變小，進(jìn)而使整個(gè)激光二極管驅(qū)動(dòng)器的-3dB帶寬減小。為了克服由C_in,n引起的電壓增益帶寬變化，通常需要通過(guò)減小第n-1級(jí)放大器的負(fù)載電阻值和增益以達(dá)到足夠?qū)挼碾妷涸鲆鎺拋?lái)補(bǔ)償。同時(shí)第n級(jí)及其后級(jí)放大器通常需要通過(guò)增加偏置電流來(lái)增加電壓增益，以便滿足一定的輸出調(diào)制電流的要求，這樣不僅增加了整個(gè)放大器的功耗，也增加了第n級(jí)及其后級(jí)放大器電路的設(shè)計(jì)難度。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型提供了一種采用負(fù)電容中和技術(shù)的高速激光二極管驅(qū)動(dòng)器集成電路，目的是在不增加驅(qū)動(dòng)器功耗的同時(shí)增大驅(qū)動(dòng)器的電壓增益-3dB帶寬，增強(qiáng)高頻調(diào)制電流輸出能力，改善輸出高頻電流信號(hào)的眼圖特性。

本實(shí)用新型所述采用負(fù)電容中和技術(shù)的高速激光二極管驅(qū)動(dòng)器集成電路采用兩種技術(shù)方案。