一种DFB激光器直流耦合输出电源配置方案制造技术

一种DFB激光器直流耦合输出电源配置方案，属于光通信集成电路中的激光器驱动器领域，本发明专利技术为解决现有DFB激光器电源配置方案存在的问题。本发明专利技术所述电源配置方案采用外部或内部电源配置单元为DFB激光器和光收发一体芯片的发射单元TX提供具有固定压差的两个电直流电源，同时对所述发射单元TX进行优化，优化方案为：所述发射单元TX中的晶体管均采用低压高速管，发射单元TX中包括电容C1、C2构成的负电容结构，作为提升带宽辅助结构；优化后发射单元TX的电源电压端口TVCC的最低电压为2.7V。2.7V。2.7V。

【技术实现步骤摘要】
一种DFB激光器直流耦合输出电源配置方案


[0001]本专利技术涉及一种低开销、高性能的DFB激光器直流耦合输出电源配置方案，属于光通信集成电路中的激光器驱动器领域。

技术介绍

[0002]在光纤通信集成电路的发射端，激光驱动器(Laser Diode Driver)按照数据流的逻辑值开启或者关闭激光器，并使用光纤远距离传递光信号，接收端再通过跨阻放大器(TIA)将电流信号转换为电压信号。如图2所示，激光器(Laser Diode)必须被偏置在阈值I
th
附近，以便激光电流迅速地增加来接通激光器。参见图1所示的常用的激光驱动器直流耦合激光器电路原理图，激光驱动器必须提供一个偏置电流(I
bias
)和调制电流(I
mod
)。激光器的偏置电流需要不断的对温度变化和老化做出调整，调制电流也需要对激光器的发光效率(ER)做出改变。
[0003]图3给出了传统搭配外部3.3V电源的DFB激光器配置方案。DFB(Distributed Feedback Laser，分布式反馈)激光器能够提供较高的输出功率，适用于高速长途光信号传输。高速光收发一体芯片(Transceiver)采用直流耦合的方式与DFB激光器相连接。激光器的直流耦合方式相比于交流耦合方式的优点有：
①
直流耦合无交流耦合电容带来的时间延迟，响应速度更快，且多速率兼容，就够使用在超高速光发射端和突发光发射端的应用领域。
②
直流耦合采用更低的偏置电流，调制电流可用作平均功率输出，因此它的功耗更低。
③
更少的外围器件，更容易阻抗匹配。
[0004]但是直流耦合方式带来的净空电压(Headroom Voltage)问题也更加突出。激光器在高速开关的情况下，需要大约1.2V
‑
1.8V的正向电压V
F
(Forward
‑
bias Voltage)，如图3所示的简化激光器等效电路所示，正向电压V
F
等于带隙电压V
BG
与激光器等效串联电阻R
L
上的压降和，公式为：
[0005]V
F
＝V
BG
+R
L
·
I
[0006]常温下，DFB激光器的V
BG
大约等于0.7V，R
L
等于5Ω，正向电压端的输入电流I＝I
bias
+I
mod
＝35mA+80mA＝115mA，因此V
F
＝1.275V。
[0007]瞬态压降V
L
是由于快速变换的电流通过激光器封装寄生电感L产生的，10Gbps的DFB激光器封装电感L大约为0.4nH，80mA调制电流20％
‑
80％的上升下降时间为20ps，有效调制电流为60％*80mA＝48mA，根据公式：
[0008][0009]计算V
L
＝0.96V。Δi是单位时间内调制电流的变化量，即48mA。Δt是单位时间，即20ps。
[0010]调制电流流过阻尼电阻R
A
也会产生压降：
[0011]V
RA
＝R
A
*I
mod
[0012]＝5Ω*80mA
[0013]＝0.4V
[0014]在激光器大功率输出的情况下，光收发一体芯片中发射单元TX的OUTP端的电压将会下降到最低点，其表达式为：
[0015]V
LOW
＝LVCC
‑
V
F
‑
V
L
‑
V
RA
[0016]其中LVCC是DFB激光器的电源电压，取值3.3V时，V
LOW
＝3.3
‑
1.275
‑
0.96
‑
0.4＝0.665V。
[0017]常温下，采用如图4传统搭配外部3.3V电源的DFB激光器配置方案，光收发一体芯片(Transceiver)中的发射单元TX的电源电压TVCC和DFB激光器的电源电压LVCC同为3.3V，那么发射单元TX的OUTP端的下摆电压为0.665V，该电压已经接近内部器件高速工作下的集电极发射极间电压的总和0.6V，当工作温度进一步升高到85℃的情况下，DFB激光器的调制电流和偏置电流将增大，届时OUTP端的下摆电压将小于0.6V，内部器件无法高速响应数据流的切换，眼图质量裂化，接收端的跨阻放大器TIA无法正确接收光信号。
[0018]图9是常温25℃条件下传统搭配外部3.3V电源的DFB激光器配置方案输出眼图，输出功率+5.5dBm，眼张开裕度Margin＝38.6％；
[0019]图10是高温85℃条件下传统搭配外部3.3V电源的DFB激光器配置方案输出眼图，输出功率+4.5dBm，眼张开裕度Margin＝13.9％；
[0020]图11是低温40℃条件下传统搭配外部3.3V电源的DFB激光器配置方案输出眼图，输出功率+6dBm，眼张开裕度Margin＝23.2％；
[0021]可以看出高温情况下，DBF激光器的输出功率低，且眼图张开裕度只有13.9％，无法满足极端环境下光传输的性能需求。
[0022]为了解决上述出现的净空电压问题，最简单而有效的方法是提高DFB激光器的电源电压LVCC。如图5传统搭配外部DC/DC升压模块的DFB激光器配置方案，该方案是在光收发一体芯片的外部增加DC/DC升压模块，将3.3V的常规电压抬升到4V作为DFB激光器的电源电压LVCC，而发射单元TX的电源电压依旧采用3.3V电源电压TVCC。该情况下V
LOW
等于1.365V，距离内部器件高速工作下集电极发射极间电压的总和0.6V，还有相当大的电压裕度。能满足高温工作，调制电流偏置电流增大，V
LOW
进一步下降，而输出眼图质量无裂化的性能需求。
[0023]实际应用中，传统搭配外部3.3V电源的DFB激光器配置方案，虽然实施简单，但是在高温环境下工作，激光驱动器因为净空电压裕度不足，无法高速开关DFB激光器发出高质量的传输光。然而采用传统搭配外部DC/DC升压模块的DFB激光器配置方案，最终能够在高温情况下，DFB激光器能够输出高质量传输光，但是这种配置方案，增加了许多外围电路，调试难度增大，功耗增加，重要的是经济成本增加了许多。

技术实现思路

[0024]本专利技术目的是为了解决现有DFB激光器电源配置方案存在的问题，提供了一种DFB激光器直流耦合输出电源配置方案，这个电源低开销、高性能。
[0025]本专利技术所述一种DFB激光器直流耦合输出电源配置方案，所述电源配置方案采用外部电源配置单元为DFB激光器和光收发一体芯片的发射单元TX提供具有固定压差的两个电直流电源本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种DFB激光器直流耦合输出电源配置方案，其特征在于，所述电源配置方案采用外部电源配置单元为DFB激光器和光收发一体芯片的发射单元TX提供具有固定压差的两个电直流电源，所述外部电源配置单元包括直流电压源VDC3.3V和压差产生部件，直流电压源VDC的正端同时连接压差产生部件的一端和DFB激光器DFB_Laser的电源电压端口LVCC；直流电压源VDC的负端接地；压差产生部件的另一端连接光收发一体芯片的发射单元TX的电源电压端口TVCC；所述电源配置方案同时对所述发射单元TX进行优化，优化方案为：所述发射单元TX中的晶体管均采用低压高速管，发射单元TX中包括电容C1、C2构成的负电容结构，作为提升带宽辅助结构；优化后发射单元TX的电源电压端口TVCC的最低电压为2.7V。2.根据权利要求1所述一种DFB激光器直流耦合输出电源配置方案，其特征在于，压差产生部件为电阻R
D
，电阻R
D
产生的压差值VR
D
在100mV
‑
600mV之间，发射单元TX的电源电压端口TVCC的电压为3.3V
‑
VR
D
；电阻R
D
为单电阻，或由多个电阻串联、并联或串并联构成。3.根据权利要求1所述一种DFB激光器直流耦合输出电源配置方案，其特征在于，压差产生部件为肖特基二极管SBD；肖特基二极管SBD产生的的压差值VF
SBD
在100mV
‑
600mV之间，发射单元TX的电源电压端口TVCC的电压为3.3V
‑
VF
SBD
；肖特基二极管SBD为单管，或由多个肖特基二极管串联或并联构成。4.一种DFB激光器直流耦合输出电源配置方案，其特征在于，所述电源配置方案为：将直流电压源VDC3.3V作为DFB激光器的工作电源；并在光收发一体芯片内部设置内部电源配置单元，光收发一体芯片的发射单元TX的工作电源为所述直流电压源VDC3.3V经内部电源配置单元处理后获得；以实现：光收发一体芯片的发射单元TX的工作电源与DFB激光器DFB_Laser的工作电源具有固定压差；具体为：直流电压源VDC3.3V的正端同时连接DFB激光器DFB_Laser的电源电压端口LVCC和光收发一体芯片的发射单元TX的电源电压端口TVCC；直流电压源VDC3.3V的负端接地；内部电源配置单元的输入端连接发射单元TX的电源电压端口TVCC，内部电源配置单元的输出端连接发射单元T...

【专利技术属性】
技术研发人员：李景虎，范樟，石良琼，姚为谈，郑维银，涂航辉，
申请(专利权)人：厦门亿芯源半导体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：