[發(fā)明專利]VCSEL偏置電路及相關(guān)設(shè)備

在審

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• 申請日: 2019-12-27
• 公開（公告）號: CN111129946A
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 曹正軍;劉飛;陳濤
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳市芯波微電子有限公司
• 主分類號: H01S5/042
• 分類號: H01S5/042;H03K17/687
• 代理公司: 廣州三環(huán)專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 熊永強

本申請公開了一種VCSEL偏置電路及相關(guān)設(shè)備，當該電路中運算放大器、晶體管M0、電阻Rt、參考電壓源Vref、濾波電阻Rf和濾波電容Cf構(gòu)成的反饋回路穩(wěn)定時，運算放大器的同相輸入端的電壓和反相輸入端的電壓相等；當差分電路的第一輸入端口和第二輸入端口之間的電壓為第一電壓時，激光二極管上的電流與電阻Rt上的電流相同，當差分電路的第一輸入端口和第二輸入端口之間的電壓為第二電壓時，激光二極管上的電流為電阻Rt上的電流與調(diào)制電流源輸出電流之差；其中，第一電壓大于第二電壓。采用申請實施例不影響輸出級帶寬，同時避免出現(xiàn)因阻抗不連續(xù)導(dǎo)致光眼圖失真的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請涉及電路設(shè)計領(lǐng)域，尤其涉及一種VCSEL偏置電路及相關(guān)設(shè)備。

背景技術(shù)

隨著社會的發(fā)展，5G、虛擬現(xiàn)實(virtual reality，VR)、人工智能(artificialintelligence，AI)等新技術(shù)不斷演進，海量數(shù)據(jù)對于帶寬的需求也在不斷上升，光纖通信相比傳統(tǒng)銅線通信，具有高帶寬、不受電波干擾以及傳輸質(zhì)量高等優(yōu)點，已經(jīng)成為有線通信網(wǎng)絡(luò)布線首選。光通信系統(tǒng)一般由光纖、光收發(fā)器以及無源光器件構(gòu)成，其中光收發(fā)器模塊完成電光轉(zhuǎn)換功能。垂直腔面激光發(fā)射器(vertical-cavity surface-emitting laser，VCSEL)作為一種主要應(yīng)用于短距離激光通信的激光二極管技術(shù)，在數(shù)據(jù)中心、光纖通道存儲等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，具有成本低廉、易于集成等優(yōu)點。

傳統(tǒng)VCSEL驅(qū)動電路包括交流耦合和直流耦合，交流耦合需要電容、電感等外部元器件配合使用，成本較高，不利于優(yōu)化PCB設(shè)計；直流耦合又可以分為共陰極和共陽極兩種驅(qū)動方式，由于物理結(jié)構(gòu)限制，市場上共陰極VCSEL激光二極管占據(jù)主流地位。

傳統(tǒng)共陰極VCSEL激光二極管偏置電路，主要采用電阻偏置或者PMOS電流源作為偏置電流源。然而采用電阻為激光二極管提供偏置電流，需要系統(tǒng)引入第二電源才能有效控制偏置電流，給系統(tǒng)應(yīng)用帶來不便；采用PMOS電流源作為偏置電流，PMOS電流源引入的器件寄生電容較大，影響了輸出級帶寬，限制了高速通信應(yīng)用，而且PMOS電流源的輸出阻抗較高，當VCSEL激光二極管和芯片之間距離較長時，信號路徑阻抗不連續(xù)引入反射，光眼圖會出現(xiàn)明顯失真。

發(fā)明內(nèi)容

本申請實施例提供一種VCSEL偏置電路及相關(guān)設(shè)備，采用申請實施例不影響輸出級帶寬，同時避免出現(xiàn)因阻抗不連續(xù)導(dǎo)致光眼圖失真的問題。

第一方面，本申請實施例提供一種VCSEL偏置電路，包括：差分電路、電阻Rd、電阻Rt、PMOS晶體管M0、參考電壓源Vref、調(diào)制電流源、運算放大器、濾波電阻Rf、濾波電容Cf和激光二極管；

所述PMOS晶體管M0的源極連接至直流電壓源VCC，所述PMOS晶體管M0的漏極連接至所述電阻Rd的第一端口、所述電阻Rt的第一端口和所述參考電壓源Vref的正極，所述參考電壓源Vref的負極連接至所述運算放大器的同相輸入端，所述運算放大器的輸出端口連接至所述PMOS晶體管M0的柵極，所述電阻Rd的第二端口連接至所述差分電路的第一端口，所述電阻Rt的第二端口連接至所述差分電路的輸出端口，所述差分電路的輸出端口連接至所述激光二極管的陽極和所述濾波電阻Rf的第一端口，所述濾波電阻Rf的第二端口連接至所述運算放大器的反相輸入端和所述濾波電容Cf的第一端口，所述差分電路的第二端口連接至所述調(diào)制電流源的正極，所述調(diào)制電流源的負極、所述激光二極管的陰極和所述濾波電容Cf的第二端口均接地；

當所述運算放大器、所述PMOS晶體管M0、電阻Rt、參考電壓源Vref、濾波電阻Rf和濾波電容Cf構(gòu)成的反饋回路穩(wěn)定時，所述運算放大器的同相輸入端的電壓和反相輸入端的電壓相等；

當所述差分電路的第一輸入端口和第二輸入端口之間的電壓為第一電壓時，所述激光二極管上的電流Ivcsel＝Ibias，

當所述差分電路的第一輸入端口和第二輸入端口之間的電壓為第二電壓時，所述激光二極管上的電流Ivcsel＝Ibias-Imod；