一种带宽补偿的超高速激光驱动器电路和驱动器芯片制造技术

本发明专利技术公开了一种带宽补偿的超高速激光驱动器电路和驱动器芯片，通过两个交叉耦合电容以及电容和电阻并联形成的反馈电路进行激光驱动器带宽补偿。对于两个交叉耦合电容，可以消除基极和集电极之间的寄生电容；对于一个电容一个电阻反馈方式，可以产生一个零点来补偿极点，从而对带宽实现补偿；同时，调制电流通过负载电阻直接流入激光二极管，使得激光二极管能够获得大的调制电流。该具有预加重功能的激光驱动器电路及驱动器芯片，具有结构简单、带宽高、调制电流大和功耗低的特点；该芯片采用电阻和电容来拓展带宽，占用的面积较小，降低了芯片成本；经过0.13μm BiCMOS工艺验证，工作速率达到40Gb/s，输出调制电流大于10mA。

【技术实现步骤摘要】
一种带宽补偿的超高速激光驱动器电路和驱动器芯片
本专利技术涉及光纤通信等系统中发射端的激光驱动器电路，尤其涉及一种带宽补偿的超高速激光驱动器电路和驱动器芯片。
技术介绍
光纤通信系统以其具有的大容量等特点，在网络和多媒体通信中得到了飞速的发展。在光纤的前端为光发射端，光发射端由复接器、激光驱动器和激光二极管组成。光发射端的作用就是通过复接器将多路低速数据信号复接为一路高速信号，经过激光驱动器电路放大后，驱动激光二极管发光，转换为高速光信号，通过光纤传送出去。因此激光驱动器的设计目标就是要获得高的带宽、大的输出调制摆幅性能，现有的具有预加重功能的激光驱动器电路大多采用电感元件来扩展带宽，结构比较复杂需要占用大量的芯片面积，增加了芯片制造的成本。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种带宽补偿的超高速激光驱动器电路，通过简单的元器件实现高带宽和大输出调制电流，具有结构简单、功耗较低的优势。技术方案：激光驱动器的类型分为电压型激光驱动器和电流型激光驱动器，电压型激光驱动器具有可以驱动共阴极激光二极管阵列的优点，为了实现上述目的，本专利技术提供的带宽补偿的超高速激光驱动器电路，包括：三只NPN双极型晶体管Q1、Q2、Q3，三只MOS管M1、M2、M3，三只电阻R1、R2、R3，三只电容C1、C2、C3和一只激光二极管VCSEL；晶体管Q1的基极接输入电压Vin，集电极通过电阻R1与电源电压VDD连接，发射极与MOS管M1的漏极连接；晶体管Q2的基极一方面接输入电压Vinn，另一方面通过电容C2与所述晶体管Q1的集电极连接，集电极一方面通过电阻R2与电源电压VDD连接，另一方面通过电容C1与所述晶体管Q1的基极连接，发射极一方面与MOS管M2的漏极连接，另一方面通过电阻R3和电容C3并联形成的反馈电路与所述晶体管Q1的发射极连接；晶体管Q3的基极接直流偏置电压Vref，集电极一方面与所述晶体管Q2的集电极连接，另一方面通过电阻R2与电源电压VDD连接，发射极与MOS管M3的漏极连接；MOS管M1、M2的栅极一方面分别接直流偏置电压Vmod，另一方面通过电阻R3和电容C3并联形成的反馈电路彼此连接，MOS管M3的栅极接直流偏置电压Vbias，MOS管M1、M2、M3的源极均接地；激光二极管VCSEL的阳极与所述晶体管Q2的集电极和所述晶体管Q3的集电极连接并通过电阻R2与电源电压VDD连接，激光二极管VCSEL的阴极接地。其中，为了消除晶体管Q1和Q2基极和集电极之间的寄生电容Cμ的影响，电容C1和C2采用交叉耦合结构，所述电容C1的电容值等于所述晶体管Q1的基极与所述晶体管Q2的集电极之间的寄生电容Cμ1，所述电容C2的电容值等于所述晶体管Q1的集电极与所述晶体管Q2的基极之间的寄生电容Cμ2。其中，为了实现预加重功能以此来拓展带宽，采用电容C3和电阻R3并联形成的反馈电路，所述电阻R3和电容C3的取值满足：R3C3＝RoutCL，其中，CL表示VCSEL输出节点处的负载电容，Rout表示VCSEL输出节点的负载电阻。该激光驱动器的工作原理是：首先，电容C1和C2采用交叉耦合结构，可以消除晶体管Q1和Q2基极和集电极之间的寄生电容Cμ的影响。下面以Q1管的集电极节点为研究对象对左半边电路进行分析。根据差分电路工作原理，晶体管Q1集电极节点的交流电压Vout1和晶体管Q2集电极节点的交流电压Vout2相反，那么，Vout1通过寄生电容Cμ的电流和Vout2通过耦合电容C1的电流之和I1为：I1＝sCμ1Vout1+sC1Vout2＝s(Cμ1-C1)Vout1(1)同理可得：I2＝sCμ2Vout2+sC2Vout1＝s(Cμ2-C2)Vout2(2)那么当C1＝Cμ1，C2＝Cμ2时，I1＝I2，此时寄生电容的影响就可以被电容C1和C2抵消，从而扩展了电路带宽。其次，电容C3和电阻R3并联形成的反馈电路实现了预加重功能，拓展了带宽。设Q1的跨导为gm，分析其左半边电路，则放大器的等效跨导为：其中，用于表示电容C3和电阻R3反馈电路的并联阻抗，从该式中可以看出等效跨导Gm包含一个极点和一个零点(R3C3)-1。用CL表示VCSEL输出节点处的负载电容，Rout表示VCSEL输出节点的负载电阻，则输出节点产生的极点频率为(RoutCL)-1，若R3C3＝RoutCL，则零点与输出节点处产生的极点相抵消，成为主极点，放大器的带宽扩展了(1+gmR3/2)倍。同时调制电流通过负载电阻R2直接流入VCSEL激光二极管，使得激光二极管能够获得大的调制电流。本专利技术还提供了一种超高速激光驱动器芯片，除了采用上述激光驱动器电路，还采用BiCMOS工艺来实现。有益效果：A)本专利技术采用电容C1和电容C2交叉耦合结构，可以消除晶体管Q1和Q2基极和集电极之间的寄生电容的影响，拓展了带宽；B)电容C3和电阻R3反馈方式产生一个零点来抵消了主极点，扩展了电路带宽；C)调制电流通过负载电阻R2直接流入VCSEL激光二极管，避免了跟随器结构中，由晶体管提供调制电流的方案，使得激光二极管能够获得大的调制电流；D)该具有预加重功能的激光驱动器电路，采用了简单的电容电阻元件而非电感元件来拓展电路带宽，结构简单且基本不占用芯片面积，降低了芯片制造成本；E)经过0.13μmBiCMOS工艺验证，工作速率达到40Gb/s，输出调制电流大于10mA。附图说明图1是本专利技术中带宽补偿的超高速激光驱动器电路示意图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作更进一步的说明。如图1所示，本实施例中带宽补偿的超高速激光驱动器电路，各元器件的连接方式如下：NPN双极型晶体管Q1的基极接输入电压Vin和电容C1的第一端，晶体管Q1的集电极接电阻R1的第一端和电容C2的第一端，晶体管Q1的发射极一方面接MOS管M1的漏极，另一方面接电阻R3的第一端和电容C3的第一端；NPN双极型晶体管Q2的基极接输入电压Vinn和电容C2的第二端，晶体管Q2的集电极接电阻R2的第一端、电容C1的第二端、晶体管Q3的集电极和激光管VCSEL的阳极，Q2的发射极接MOS管M2的漏极、电阻R3的第二端和电容C3的第二端；NPN双极型晶体管Q3的基极接输入直流偏置电压Vref，晶体管Q3的集电极接电阻R2的第一端、晶体管Q2的集电极和激光管VCSEL的阳极，晶体管Q3的发射极接MOS管M3的漏极；MOS管M1的栅极接直流偏置电压Vmod和MOS管M2的栅极，MOS管M1的漏极接晶体管Q1的发射极、电阻R3和电容C3并联电路的第一端，MOS管M1的源极接地，并且接M2、M3的源极和激光管VCSEL的阴极；MOS管M2的栅极接直流偏置电压Vmod和MOS管M1的栅极，MOS管M2的漏极接晶体管Q2的发射极、电阻R3和电容C3并联反馈电路的第二端，MOS管M2的源极接地，并且接MOS管M1、M3的源极和激光管VCSEL的阴极；MOS管M3的栅极接直流偏置电压Vbias，MOS管M3的漏极接晶体管Q3的发射极，MOS管M3的源极接地，同时接MOS管M1、M2的源极和激光管VCSEL的阴极；电阻R1的第一端接晶体管Q1的集电极和电容C2的第一端，第二端接电源电压VDD；电阻R2的第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带宽补偿的超高速激光驱动器电路，其特征在于，该电路包括：三只NPN双极型晶体管Q1、Q2、Q3，三只MOS管M1、M2、M3，三只电阻R1、R2、R3，三只电容C1、C2、C3和一只激光二极管VCSEL；晶体管Q1的基极接输入电压Vin，集电极通过电阻R1与电源电压VDD连接，发射极与MOS管M1的漏极连接；晶体管Q2的基极一方面接输入电压Vinn，另一方面通过电容C2与所述晶体管Q1的集电极连接，集电极一方面通过电阻R2与电源电压VDD连接，另一方面通过电容C1与所述晶体管Q1的基极连接，发射极一方面与MOS管M2的漏极连接，另一方面通过电阻R3和电容C3并联形成的反馈电路与所述晶体管Q1的发射极连接；晶体管Q3的基极接直流偏置电压Vref，集电极一方面与所述晶体管Q2的集电极连接，另一方面通过电阻R2与电源电压VDD连接，发射极与MOS管M3的漏极连接；MOS管M1、M2的栅极一方面分别接直流偏置电压Vmod，另一方面通过电阻R3和电容C3并联形成的反馈电路彼此连接，MOS管M3的栅极接直流偏置电压Vbias，MOS管M1、M2、M3的源极均接地；激光二极管VCSEL的阳极与所述晶体管Q2的集电极和所述晶体管Q3的集电极连接并通过电阻R2与电源电压VDD连接，激光二极管VCSEL的阴极接地。...

【技术特征摘要】
1.一种带宽补偿的超高速激光驱动器电路，其特征在于，该电路包括：三只NPN双极型晶体管Q1、Q2、Q3，三只MOS管M1、M2、M3，三只电阻R1、R2、R3，三只电容C1、C2、C3和一只激光二极管VCSEL；晶体管Q1的基极接输入电压Vin，集电极通过电阻R1与电源电压VDD连接，发射极与MOS管M1的漏极连接；晶体管Q2的基极一方面接输入电压Vinn，另一方面通过电容C2与所述晶体管Q1的集电极连接，集电极一方面通过电阻R2与电源电压VDD连接，另一方面通过电容C1与所述晶体管Q1的基极连接，发射极一方面与MOS管M2的漏极连接，另一方面通过电阻R3和电容C3并联形成的反馈电路与所述晶体管Q1的发射极连接；晶体管Q3的基极接直流偏置电压Vref，集电极一方面与所述晶体管Q2的集电极连接，另一方面通过电阻R2与电源电压VDD连接，发射极与MOS管M3的漏极连接；MOS管M1、M2的栅极一方面分别接直流偏置电压Vmod，另一方面通过电阻R3和电容C3并联形...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈莹梅，王鹏霞，王琼，龚健伟，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32