[發(fā)明專利]一種大擺幅調(diào)制器驅(qū)動器輸出級電路及調(diào)制器驅(qū)動器

有效

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• 申請日: 2021-04-25
• 公開（公告）號: CN113346886B
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李丹;劉翔文;耿莉
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: H03K17/687
• 分類號: H03K17/687;H03K17/06
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 崔方方

本發(fā)明公開了一種大擺幅調(diào)制器驅(qū)動器輸出級電路及調(diào)制器驅(qū)動器，該線性高帶寬大擺幅調(diào)制器驅(qū)動器輸出級電路，使用在輸入對管上堆疊薄柵共源共柵管的方法增加輸出擺幅，采用動態(tài)偏置網(wǎng)絡(luò)，對共源共柵管進(jìn)行實(shí)時偏置，解決了傳統(tǒng)驅(qū)動器獲得高輸出擺幅面臨的MOS管擊穿的問題。不僅在保證晶體管安全工作的前提下得到高輸出擺幅，同時針對帶寬、線性度不足的問題，同樣提出了有效的解決方案，使系統(tǒng)整體性能優(yōu)異。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光通信芯片設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種大擺幅調(diào)制器驅(qū)動器輸出級電路及調(diào)制器驅(qū)動器。

背景技術(shù)

隨著數(shù)據(jù)流量的不斷增加，以及資源向云的處理和存儲的加強(qiáng)，需要研究提高光通信吞吐量的創(chuàng)新手段，大規(guī)模數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)流量的快速增長需要下一代光學(xué)互連技術(shù)。而對于即將大規(guī)模采用的400Gb/s的光通信標(biāo)準(zhǔn)，驅(qū)動電路的線性度和高帶寬對于在高數(shù)據(jù)速率下啟用高階調(diào)制格式是必不可少的。為了進(jìn)一步增加收發(fā)機(jī)的傳輸帶寬，同時保持其大小和成本，在200Gb/s和400Gb/s以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)大規(guī)模采用基于PAM4調(diào)制的數(shù)據(jù)傳輸模式，并且需要集成電路的模擬帶寬超過50GHz。與傳統(tǒng)NRZ系統(tǒng)相比，PAM4等高階調(diào)制的使用可以減少碼間干擾(ISI)和串?dāng)_，實(shí)現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)速率。

光發(fā)射機(jī)的主要作用是用輸入的電信號調(diào)制發(fā)射光束，并利用耦合技術(shù)，將光信號耦合注入至光纖中。而驅(qū)動電路使用電信號對光信號調(diào)制的方法分為直接調(diào)制和間接調(diào)制。直接調(diào)制指調(diào)制信號直接調(diào)制激光器，產(chǎn)生調(diào)制信號光的產(chǎn)生；而間接調(diào)制是指將信號光的產(chǎn)生和調(diào)制分離，激光器產(chǎn)生光源，調(diào)制信號作用于專門的調(diào)制器對信號光進(jìn)行調(diào)制。由于激光器的自身非線性難以滿足PAM-4的線性輸出要求，高階調(diào)制一般要選擇間接調(diào)制，這樣產(chǎn)生的調(diào)制信號質(zhì)量更高，能夠用于高速率超長距離通信。

目前，絕大多數(shù)調(diào)制器驅(qū)動電路采用SiGe或III-V族工藝，成本較高，且不利于大規(guī)模集成。另一方面，CMOS工藝成本更低，且易于集成。因此在光發(fā)射機(jī)領(lǐng)域，基于CMOS工藝實(shí)現(xiàn)在成本、集成度等方面有較大優(yōu)勢。

但是，高速PAM-4調(diào)制器驅(qū)動器的設(shè)計(jì)存在許多挑戰(zhàn)。首先，為了達(dá)到更高的速率，增加帶寬，需要同時考慮晶體管和布局的寄生。其次，為了滿足PAM4信號傳輸?shù)木€性度要求，不能使用限幅放大器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，必須使用線性化結(jié)構(gòu)。最后，為了在輸出端得到足夠的消光比，希望驅(qū)動器輸出級有盡可能大的輸出擺幅。

另一方面，高速M(fèi)OS管的擊穿電壓在1V左右，無法輸出1V以上的擺幅，而正常的調(diào)制器需要的調(diào)制電壓常常需要幾伏。傳統(tǒng)的方法一般是通過在薄柵管外增加厚柵共源共柵管的方法對其保護(hù)，但問題是厚柵管的寄生大，速度慢，又限制了輸出級的速度。同時MOS管線性度較差，且容易受環(huán)境寄生影響，帶寬降低。因此，急需基于CMOS工藝的高擺幅、高帶寬、高線性度的調(diào)制器驅(qū)動器電路結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提出了一種大擺幅調(diào)制器驅(qū)動器輸出級電路，不但可以解除MOS管的耐壓對擺幅的限制，同時實(shí)現(xiàn)了高帶寬、高線性度。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：

一種大擺幅調(diào)制器驅(qū)動器輸出級電路，其特征在于，包括MOS管M1、MOS管M2、MOS管M3、MOS管M4、MOS管M5、MOS管M6、電感L1、電感L2、電感L3、電感L4、電感L5、電感L6、電阻Rs1、電阻Rs2、電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電阻R5、電阻R6、電阻R7、電阻R8、電阻RL1、電阻RL2、電容C1、電容C2、電容C3和電容C4；