专利名称：一种低电压自适应光通信激光驱动器电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及激光通信领域的激光器调制电流输出驱动电路，具体说是一种低电压 自适应光通信激光驱动器电路。
背景技术：
激光驱动器作为光通信系统不可缺少的组成部分，广泛地应用于同步数字复接、 高速以太网、光纤到户等各个方面，并成为众多国内外众多学者的研究领域。光通信系统对激光驱动器有多项要求，主要包括输入信号幅度、输出上升/下降 时间、激光功率控制、偏置电流和调制电流控制、温度补偿、失效监控等多个方面。现有的用于光通信的激光驱动器典型调制电流驱动电路如图1所示。晶体管Q5 和Q6构成第一级限幅差分放大器。这样，只要输入信号的幅度在设计的范围之内，在电阻 R4和R5上将得到固定幅度的调制信号。由晶体管Q3和Q4构成的射级跟随器起到直流电 平位移的作用，以匹配下一级电路的共模输入电平的要求。晶体管Q7和Q8构成的第二级 限幅差分放大器主要用于信号整形，同时驱动由晶体管Q9和QlO构成的射级跟随器。晶体 管Ql和Q2构成差分功率输出级，驱动激光器(Laser)。晶体管M1-M7为各级放大电路提供 偏置，其中，改变Ml的栅级电压可以控制激光器调制电流的大小。然而图1所示的典型电路在高速和低电压供电的场合会有不够适用的地方。一方 面，由晶体管Q3和Q4构成的射级跟随器在高频率的场合会呈现出电感的特性，很大程度上 降低了其高频传输特性。另一方面，晶体管Ml和Ql及Q2串联后再驱动激光二极管，使得 电源供电电压不能太低，至少得保证两个晶体管加上激光二极管，这三个器件串联后的供 电工作区间。故当出现低电源供电电压应用时，激光驱动器无法正常工作。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种低电压自适应光通信激 光驱动器电路，以解决低电源供电电压应用时，激光驱动器无法正常工作的问题。为达到以上目的，本发明采取的技术方案是一种低电压自适应光通信激光驱动器电路，其特征在于包括依次连接的差分调制电流放大器Al、差分电压跟随器A2、差分调制电流驱动器 A3，其中，差分调制电流放大器Al用于放大输入调制电流信号Din，并与差分电压跟随器A2 的阻抗及电平相匹配； 差分电压跟随器A2用于放大差分调制电流放大器Al处理后的输入调制电流信 号，并与差分调制电流驱动器A3的阻抗及电平相匹配；差分调制电流驱动器A3用于输出调制电流信号Dout，调制电流信号Dout用于驱
动激光二级管；调制电流控制电路Ml用于控制差分调制电流放大器Al的调制电流。
在上述技术方案的基础上，所述差分调制电流放大器Al包括晶体管Ql，Q2，Q7， Q8，Ql 1，电阻R1-R5 ；所述差分电压跟随器A2包括晶体管Q3，Q4，Q9，QlO ；所述差分调制电 流驱动器A3包括晶体管Q5，Q6 ；调制电流控制电路Ml为一个晶体管。在上述技术方案的基础上，调制信号输入端Din与相等的差分对管Ql和Q2的基 极相连；Ql和Q2的发射级与晶体管Q8的集电极相连；Ql和Q2的集电极分别与相等的电阻 R4和R5的一端以及相等的晶体管Q4和Q3的基极相连；电阻R4和R5的另一端分别与相等的电阻R2和R3相连；电阻R2和R3的另一端 与电阻Rl的一端以及晶体管Ml的漏级相连；晶体管Ml的源级接电源VDD，栅极接调制电流控制信号输入Ctrl ；晶体管Q7-Q10的基极都连在一起，并与Q7的集电极以及Qll的发射极相连；晶体管Qll的集电极和基极均与电阻Rl的另一端相连；相等的晶体管Q9和QlO的集电极分别与晶体管Q3和Q4的发射极以及相等的晶 体管Q5和Q6的基极相连； 晶体管Q3和Q4的集电极接电源VDD ；晶体管Q5和Q6的集电极作为调制电流的差分输出信号，分别与电阻R6、激光二极 管Dl的负极相连；电阻R6的另一端与电源VDD和激光二极管Dl的正极连接；晶体管Q5-Q10的发射极接地VSS。在上述技术方案的基础上，设晶体管Q7和Q8的发射级面积分别为S7和S8，则电 阻R1-R3及晶体管Q7和Q8的发射级面积S7和S8的取值满足以下比例关系R1/S7 = S8/R2,电阻R4及R5的取值范围在电阻R2的1/2到1/10之间。本发明所述的低电压自适应光通信激光驱动器电路，具有以下优点1、能够在很低的电源电压供电条件下工作，工作电压只需要满足单个驱动晶体管 和激光二极管串联后的电压工作区间。2、能够回避典型调制电流驱动电路的电感特性的影响，提高驱动电路的工作速率。3、能够根据要求输出电流的不同，自主调节推动级的驱动电流的大小，以起到降 低总体功耗的效果。
本发明有如下附图图1用于光通信的激光驱动器典型调制电流驱动电路；图2本发明的系统框图；图3本发明的具体实现方式；图4本发明的电路仿真结果。
具体实施例方式以下结合附图对本发明作进一步详细说明。本发明提供了 一种低电压自适应光通信激光驱动器调制电流输出电路，可用于在低供电电压工作条件下的高速调制电流输出，以驱动光通信激光器/激光二极管。图2是 本发明的系统框图，它包含一个差分调制电流放大器Al，用于放大输入调制电流信号Din，并与后级(差分电 压跟随器A2)的阻抗及电平相匹配；一个差分电压跟随器A2，作为差分调制电流放大器Al的后级，用于放大差分调制 电流放大器Al处理后的输入调制电流信号，并与后级(差分调制电流驱动器Α； )的阻抗及 电平相匹配；一个差分调制电流驱动器A3，作为差分电压跟随器A2的后级，用于输出调制电流 信号Dout，调制电流信号Dout用于驱动激光二级管； 一个调制电流控制电路Ml，调制电流控制电路Ml用于控制差分调制电流放大器 Al的调制电流的大小；差分调制电流放大器Al、差分电压跟随器A2、差分调制电流驱动器A3依次连接。图3是本发明的一个具体实施电路图。其中，晶体管Ql，Q2，Q7，Q8，Ql 1，电阻R1-R5 组成差分调制电流放大器Al ；晶体管Q3，Q4，Q9，Q10组成差分电压跟随器A2 ；晶体管Q5和 Q6组成差分调制电流驱动器A3 ；调制电流控制电路Ml为一个晶体管。所有的晶体管及电 阻采用集成器件，其具体连接关系是调制信号输入端Din与相等的差分对管Ql和Q2的基极相连；Ql和Q2的发射级 与晶体管Q8的集电极相连；Ql和Q2的集电极分别与相等的电阻R4和R5的一端以及相等 的晶体管Q4和Q3的基极相连；电阻R4和R5的另一端分别与相等的电阻R2和R3相连；电阻R2和R3的另一端 与电阻Rl的一端以及晶体管Ml的漏级相连；晶体管Ml的源级接电源VDD，栅极接调制电流控制信号输入Ctrl ；Q7-Q10的基极都连在一起，并与Q7的集电极以及Qll的发射极相连；晶体管Qll的集电极和基极均与电阻Rl的另一端相连；相等的晶体管Q9和QlO的集电极分别与晶体管Q3和Q4的发射极以及相等的晶 体管Q5和Q6的基极相连；晶体管Q3和Q4的集电极接电源VDD ；晶体管Q5和Q6的集电极作为调制电流的差分输出信号，分别与电阻R6、激光二极 管Dl的负极相连；电阻R6的另一端与电源VDD和激光二极管Dl的正极连接；晶体管Q5-Q10的发射极接地VSS。上述晶体管Ql-Qll采用的型号可以是LN232，电阻R1-R5采用的型号可以是 rnp3t-b,晶体管Ml采用的型号可以是pfets。在上述技术方案的基础上，设晶体管Q7和Q8的发射级面积分别为S7和S8，则电 阻R1-R3及晶体管Q7和Q8的发射级面积S7和S8的取值满足以下比例关系R1/S7 = S8/R2,电阻R4及R5的取值范围在电阻R2的1/2到1/10之间。例如，可以取Rl = IOK Ω , S7 = 2um2，则R2可以取1ΚΩ，S8可以取20um2，R4及R5的可以取500 Ω。如图3所示，调制信号由输入端Din加载到调制电流放大器Al中差分输入管Ql 和Q2的基极，限幅放大后的调制信号通过Q3和Q4传递到输出管Q5和Q6的基极。调制电流由Q5和Q6的集电极输出。输出调制电流的大小由调制电流控制信号输入Ctrl来控制， 通过调整调制电流控制信号输入Ctrl电压的高低，可以调整晶体管Ml的漏极的电压，从而 改变包括Ql和Q2的差分调制电流放大器Al的供电电压，引起通过Q3和Q4传递到Q5和 Q6的基极的信号的大小，最终改变Q5和Q6输出的调制电流。由于Ml的漏极的电位越高，流过Rl，Qll和Q7的电流会越大，引起作为尾电流源 的电流镜Q8-Q10的电流增加，整个输出推动电路的功耗增加，输出的调制电流也增加；Ml 的漏极的电位越低，则相反。因而这个是一个自适应的驱动电路，能够随着输出电流的大小 来调整自身的功耗，起到降低整体功耗的效果。为了保证输出的调制电流信号有足够的速度，输出晶体管Q5和Q6的工作区应当 是从临界开启状态到放大区之间，因而基极电位不能低到使晶体管Q5和Q6进入截至区。为 了满足这个要求，电阻R1-R3及晶体管Q7和Q8的取值需按以下规则设晶体管Q7和Q8的 发射级面积分别为S7和S8,则电阻R1-R3及晶体管Q7和Q8的发射级面积S7和S8的取值 满足R1/S7 = S8/R2。这样无论调制电流控制信号Ctrl变化而引起Ml的漏极点位如何变 化变化，若Ql工作于开关导通状态时，Qll的集电极点位与R2的下端点位总是相等，也就 是等于Q7和Qll的b-e结电压之和。因而晶体管Q6基极点位就近似等于Q7的b_e结电 压与R4的压降之差。仔细选取R4的值，可以使无论Ctrl端的控制电压如何取值，Q7的基 极电位都略低于Q7的开启电压，使Q7处于临界导通状态，保证输出的零电平足够低，从而 保证激光器输出的消光比。参考图4是本发明电路工作于1. 8V低电压下的仿真结果。可见在当调制电流输 出达到约50mA时，上升/下降时间都在90ps以内，并且调制电流的零点不超过1mA，保证了 消光比的要求。
权利要求
1.一种低电压自适应光通信激光驱动器电路，其特征在于包括依次连接的差分调制电流放大器Al、差分电压跟随器A2、差分调制电流驱动器A3，其中，差分调制电流放大器Al用于放大输入调制电流信号Din，并与差分电压跟随器A2的阻 抗及电平相匹配；差分电压跟随器A2用于放大差分调制电流放大器Al处理后的输入调制电流信号，并 与差分调制电流驱动器A3的阻抗及电平相匹配；差分调制电流驱动器A3用于输出调制电流信号Dout，调制电流信号Dout用于驱动激 光二级管；调制电流控制电路Ml用于控制差分调制电流放大器Al的调制电流。
2.如权利要求1所述的低电压自适应光通信激光驱动器电路，其特征在于所述差分 调制电流放大器Al包括晶体管Ql，Q2，Q7，Q8，Ql 1，电阻R1-R5 ；所述差分电压跟随器A2包 括晶体管Q3，Q4，Q9，Q10 ；所述差分调制电流驱动器A3包括晶体管Q5，Q6 ；调制电流控制电 路Ml为一个晶体管。
3.如权利要求2所述的低电压自适应光通信激光驱动器电路，其特征在于调制信号 输入端Din与相等的差分对管Ql和Q2的基极相连；Ql和Q2的发射级与晶体管Q8的集电 极相连；Ql和Q2的集电极分别与相等的电阻R4和R5的一端以及相等的晶体管Q4和Q3的 基极相连；电阻R4和R5的另一端分别与相等的电阻R2和R3相连；电阻R2和R3的另一端与电 阻Rl的一端以及晶体管Ml的漏级相连；晶体管Ml的源级接电源VDD，栅极接调制电流控制信号输入Ctrl ；晶体管Q7-Q10的基极都连在一起，并与Q7的集电极以及Qll的发射极相连；晶体管Qll的集电极和基极均与电阻Rl的另一端相连；相等的晶体管Q9和QlO的集电极分别与晶体管Q3和Q4的发射极以及相等的晶体管 Q5和Q6的基极相连；晶体管Q3和Q4的集电极接电源VDD ；晶体管Q5和Q6的集电极作为调制电流的差分输出信号，分别与电阻R6、激光二极管 Dl的负极相连；电阻R6的另一端与电源VDD和激光二极管Dl的正极连接；晶体管Q5-Q10的发射极接地VSS。
4.如权利要求3所述的低电压自适应光通信激光驱动器电路，其特征在于设晶体管 Q7和Q8的发射级面积分别为S7和S8，则电阻R1-R3及晶体管Q7和Q8的发射级面积S7 和S8的取值满足以下比例关系R1/S7 = S8/R2,电阻R4及R5的取值范围在电阻R2的1/2到1/10之间。
全文摘要
本发明是一种低电压自适应光通信激光驱动器电路，包括依次连接的差分调制电流放大器A1、差分电压跟随器A2、差分调制电流驱动器A3，其中，差分调制电流放大器A1用于放大输入调制电流信号Din，并与后级的阻抗及电平相匹配；差分电压跟随器A2用于放大差分调制电流放大器A1处理后的输入调制电流信号，并与后级的阻抗及电平相匹配；差分调制电流驱动器A3用于输出调制电流信号Dout，调制电流信号Dout用于驱动激光二级管；调制电流控制电路M1用于调整差分调制电流放大器A1的调制电流。本发明所述激光驱动器电路，能够在很低的电源电压供电条件下工作；提高了驱动电路的工作速率；可自主调节推动级的驱动电流的大小。
文档编号H03F3/45GK102064468SQ20101058787
公开日2011年5月18日 申请日期2010年12月15日 优先权日2010年12月15日
发明者周华, 蒋湘 申请人:烽火通信科技股份有限公司