[發明專利]金屬氧化物半導體場效應晶體管共源共柵的無源動態偏置

有效

• 申請號: 202010317093.6
• 申請日: 2020-04-21
• 公開（公告）號: CN111884042B
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發明（設計）人: J·E·納特根斯
• 申請（專利權）人: 升特股份有限公司
• 主分類號: H01S5/042
• 分類號: H01S5/042;H03K3/353
• 代理公司: 深圳市百瑞專利商標事務所(普通合伙) 44240
• 代理人: 金輝

驅動電路具有共源共柵排列的多個晶體管。無源偏置電路耦合到多個晶體管的第一晶體管的柵極端子。無源偏置電路具有耦合到電路節點以提供第一偏置信號的第一電阻器、耦合在電路節點和供電導體之間的第一電容器、耦合在電路節點和第一晶體管的漏極端子之間的第二電阻器、以及耦合在電路節點和第一晶體管的源極端子之間的第三電阻器。第二晶體管具有耦合用于接收控制光學器件的數據信號的柵極端子。

技術領域

本發明通常涉及驅動電路，更具體地說，涉及用于共源共柵的金屬氧化物半導體場效應晶體管的無源動態偏置電路。

背景技術

驅動電路通常用于提供電流或電壓以引起致動器或發射器件中的功能。例如，激光驅動電路可用于控制激光二極管的光的發射。光通信是指通過發送調制光源(通常是通過光纜)使信息從一個地方到另一個地方的發射。激光二極管通常用于通過電信網絡以數字形式發射數據。光形成一個載波，對該載波進行調制以攜帶信息。激光二極管需要來自驅動電路的高壓振蕩。

激光驅動在共源共柵結構中可使用金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)或互補金屬氧化物半導體(CMOS)處理高壓振蕩。高共源共柵MOSFET的源極與低共源共柵MOSFET的漏極相連，流過兩個MOSFET的電流基本相同。在差分結構中，驅動電路具有互補輸出，互補輸出具有響應于差分數據信號而在兩個輸出之間被交替控制的恒定電流(I_MOD)。調制電流I_MOD可以相對較大(可達100mA或更大)。千兆驅動電路的開關速度必須很快(例如幾十皮秒)。因此，在電流的開關轉換期間中，驅動輸出的電流變化率(dI/dt)非常大。

激光二極管的直流(DC)電阻通常很小(通常小于10歐姆)。然而，驅動和激光二極管之間的物理布線傾向于具有寄生電感元件L_p，這增加了高頻下負載的有效阻抗，并在電流的開關轉換期間在驅動輸出(V＝L_p*dI/dt)處產生大峰值的瞬態電壓峰值。電壓峰值的大小可能會損壞、縮短壽命或以其他不利的方式影響MOSFET的可靠性。

在現有技術中，MOSFET采用厚柵極氧化物來實現，以耐受高電壓峰值。然而，由于更長的最小信道長度、更大的寬長比，厚氧化MOSFET本質上比幾何形狀小、薄氧化MOSFET慢，從而實現給定的跨導以及更高的必須在每個操作周期中充電和放電的電容。厚柵極氧化MOSFET在高速應用上常常是不令人滿意的。

附圖說明

圖1示出了用于光數據傳輸的功能塊；

圖2示出了用于光發射器的差分驅動電路；

圖3示出了包括用于共源共柵的MOSFET的無源偏置單元的簡化驅動電路；

圖4示出了包括用于共源共柵的MOSFET的無源偏置單元的差分驅動電路；

圖5示出了具有提供偏置信號的偏置電路的無源偏置單元的進一步細節；

圖6a-6b示出偏置電路的替代實施例；以及

圖7示出了沿共源共柵的MOSFET的電壓振蕩的波形圖。

具體實施方式

在下面的描述中，參照附圖在一個或多個實施例中描述本發明，其中相同的數字表示相同或相似的元件。雖然根據實現本發明的目的的最佳模式來描述本發明，但是本領域技術人員將理解，該描述旨在涵蓋替代方案、修改、以及可包括在所附權利要求所限定的本發明的精神和范圍內的等同物，以及由以下公開和附圖支持的權利要求的等同物。

圖1示出了光數據發射器10沿光纜12向光數據接收器14發射光。光發射器10使用激光二極管驅動電路根據傳輸的數據來調制發光二極管(LED)、垂直腔面發射激光器(VCSEL)或激光二極管，以產生攜帶光信號的數據。