使用激光器驱动器信号的线性放大器的制作方法

专利名称：使用激光器驱动器信号的线性放大器的制作方法
技术领域：
一般而言，本发明涉及光发送器。更具体地，本发明涉及用于在光发
送组件("TOSA")中对差分输入信号进行线性放大的放大器电路。
背景技术：
计算和联网技术已改变了我们的世界。随着网络上传送的信息量的增 加，高速传输变得更加关键。许多高速数据传输网络依赖于用来便于发送
因此，可发^L光网络存在于二普通的小型局域网(LAN)到宏大的互联网 (Internet)骨干网的各种高速应用中。
一般地，通过光发送器(也称作电光换能器)来实现此类网络中的数 据传输，所述光发送器例如是安M光发送组件("TOSA")的头部上的 激光器或发光二极管(LED )。当电流流过电光换能器时，电光换能器发 光，所发出的光的强^LA流过换能器的电流的量值的函数。通常，通过光 接收器(称作光电子换能器)来实现数据接收，光接收器的一个示例;UL 光二极管，其通常容纳在光接收组件("ROSA")内。光电子换能器接收 光并产生电流，所产生的电流的量值是接收到的光的强度的函数。 一般地， 以上所描述的TOSA和ROSA均包括在光)JUL器模块中以代表其中可操 作地接纳该fet器的主i史备来4吏得光信号能够乱&送和接收。
光4UL器("fet器")还使用各种其它组件以帮助控制M射和接收 组件以;SJH"各种数据和其它信号的处理。例如，这种光收发器一般包M 配置以响应于各种控制输入来控制电光换能器的运行的电光换能器驱动 器(例如，当用于驱动激光信号时被称为"激光器驱动器")。光收发器通 常还包括被配置以对光电子换能器接收到的数据信号的特定参数来执行 各种操作的放大器(例如，常被称作"后置放大器")。
传统的光收发器使用包含处于外軍中的激光器的上述TOSA，其中所 述外革被配置以将激光器的光输出耦合到光纤。TOSA连接到被包括在光 ^器中的印刷电路板组件("PCBA")，该印刷电路板组件包含电路(例如激光器驱动器)以对激光器进行偏置和调制。PCBA上的电路相对远离 TOSA及其所包含的激光器。
使激光器驱动器或其它驱动电路相对显著远离激光器可产生保持良 好的信号完整性方面的问题。对于较高的比特率尤其如此。具体地说， TOSA和激光器驱动器电路在理想情况下被阻抗匹配以避免沿传输路径 的信号反射和失真。 一般而言，这将导致超出激光器自身所需的最小功率 耗散的过度功率耗散。
与激光器驱动电路和激光器之间的相对较大距离相关的另 一 问题表 现为来自)MC器的电磁干扰("EMI")的辐射增大。所产生的EMI的量 与激光器驱动器向激光器提供的驱动电流和其间形成的电流环路两者成 比例。
已经提出或尝试了各种方案，其用于通过在TOSA内结合位于激光 器附近的放大器来保持从激光器驱动器到激光器的信号保真度和/或减小 收发器的驱动电流和功率消耗。
图l示出放大器电路100，其被设计以减小iMC器所耗散的功率。电 路100安装在头部105上并接地到头部105，并包括用于通过传输线110 接收单端信号的输入节点，单端信号被提供给双极晶体管120的^L端。 与晶体管120的发射极端耦合的返回地130提取流经晶体管的电流，从而 提取流经与电压源150耦合的电光换能器140的电流。所提取的流经电光 换能器140的电流的量取决于经由传输线U0在双极晶体管120的基极端 处施加的单端信号。
尽管具有减小激光器驱动器电流并由此降低EMI和整体功率消耗的 能力，但是图1所示的放大器电路100具有很多缺点。首先，难以保持单 端信号的信号保真度，这是因为需要高保真度射频("RF")地以拔JHt 号的返回路径。这要求信号返回路径中具有极低的电感地。此外，由于 RF地连接到头部而头部通常需要连接到收发器的机壳地以帮助散热，这 可在要求^器的机壳与信号地分离的系统中导致适应性问题。其次，放 大器120的线性范围是有限的。当晶体管120在其线性范围之外运行时， 放大后的输出信号中不保持单端接收信号的波形整形。
图2示出被设计以保持信号保真度的差分放大器和激光器电路200。 电路200安装在头部205上并包括两个用于通过差分传输线210接收差分 数据信号的输入节点，其中所述差分信号对的正信号被提供给第一*晶体管220的基极端，而互4MT号被提供给第二双极晶体管230的M端。 第二晶体管230的集电极耦合到电光换能器240，而晶体管220和240两 者的发射极端耦合到电流源250。电流源250提取流经双极晶体管220或 双极晶体管230的电流，或以分流方式流经双极晶体管220和230的电流。 所提取的流经电光换能器240的电流的量取决于在相应的双极晶体管220 和230的基极端处施加的差分数据信号。
尽管通过使用差分驱动信号来保持信号保真度，但是电路200有许多 缺点。首先，其耗斜目当大的功率，其中一半功率是通过第一晶体管220 被耗散，而未提取流经换能器240的电流。其次，放大器电路200不是线 性放大器，而是数字放大器。因此，在将差分信号提供给电路200之前对 差分信号所执行的任何波形整形在信号M大时都不会被保持。
此处所要求保护的主题不限于解决任何缺点的实施例或仅运行在如 上所述的环境中的实施例。相反地，该背景技术^fsi被提供来说明其中可实 践此处描述的一些实施例的一个示例性4支术领域。

发明内容
本发明响应于技术中的以上和其它需要而被提出。简而言之，本发明 的实施例针对具有单端放大器的有源线性TOSA电路，所述单端放大器 能够被差分信号驱动以便在减小功率耗散的同时保持信号保真度。在一个 实施例中，该电路安装在头部并包含第一双极晶体管，所述第一双极晶体 管用于在其基敗端处接)^示由TOSA电路所接收到的差分信号的单端 信号。第一双极晶体管的发射极端耦合到第二双极晶体管的基极端，第二 双极晶体管的发射极端耦合到信号地，所述信号地不是头部地。第二双极 晶体管的集电极端耦合到电光换能器的第一端子。电光换能器具有被配置 以耦合到电压源的第二端子并且电光换能器还耦合到第一双极晶体管的 集电极端。该配置对接收到的差分信号进行线性放大，同时保持信号M 度、减小功率耗散以及EMI辐射并保持线性。
根据下面的描述和所附权利要求可充分理解本发明的这些和其它优 点和特征，或者可通过按照下文的阐述实施本发明来了解本发明的这些和
其它优点和特征。


为了进一步阐明本发明的以上和其它优点和特征，将通过参照本发明 的在附图中示出的特定实施例对本发明进行更具体的描述。应当理解，这 些附图仅描述本发明的典型实施例，因此不应看作^i对本发明的范围的限 制。通过使用附图，可通过附加的特征和细节来描述和说明本发明。在附
图中
图1示出结合在TOSA内的现有技术放大器电路；
图2示出结合在TOSA内的现有技术差分放大器电路；
图3是包括本发明一个实施例的光收发器模块的示例的透视图4是示出图3的光i^tJL器模块的各个方面的简化框图5是根据本发明一个实施例的有源线性TOSA电路的框图6是图5的有源线性TOSA电路的示意图7A示出在具有传统TOSA的光收发器中产生的EMI电流环路；
以及图7B示出在具有根据本发明一个实施例被配置的有源线性TOSA的 光收发器中产生的EMI电流环路。
具体实施例方式
现在将参照附图来描述本发明的示例性实施例的各个方面。应该理 解，所述附图是这类示例性实施例的概略和示意性表示，因此不会限制本 发明的范围，附图也不必按比例绘制。
一般而言，本发明的实施例涉及光电子设备。更具体地，本发明的实 施例允许光收发器模块("收发器")的ife^送组件(TOSA)中的单端放 大器使用差分信号。有利地，本发明的实施例允许将TOSA中所包括的 分布反馈("DFB")激光器用于低功率消耗电路以实现"M巨离光信号发送。
可在多种光电子设备中实施本发明。如此处所4吏用，术语"光电子设 备"包括具有光学组件和电气组件两者的设备。光电子设备的示例包括， 但不限于，转发器、收发器、发送器和/或接收器。
I、运行环境示例
首先参照图3，其描述用于与外部主机结合以发送和接收光信号的光 收发器模块("收发器")示例的透视图，光收发器模块通常标示为300，且在一个实施例中，所述外部主机操作上连接到通信网络。如图3所示的 收发器包括各种组件，所述组件包括光接收组件("ROSA") 310、光发 送組件("TOSA" ) 320、电接口 330、各种电子组件340 (如激光器-驱动 器/后置放大器和控制模块)以及支撑电子组件340的印刷电路板350。
在示出的实施例中，收发器300中包括两个电接口 330，其各自用于 将ROSA310和TOSA320电连接到位于PCB 350上的多个导电焊盘。电 子组件340也连接到PCB 350。边缘连接器360位于PCB 350的一端以 使)ML器300能够与主机(未被示出)电气并;Wfe地连接。此外，fei器 300的上述组件部分地容纳在外革370中。尽管未示出，但是一些实施例 包括与外罩370配合来为fet器300的组件限定外壳的壳体。
现参照图4，其是在图3中以300表示的光M器的一个示例的简化 框图，图4描述收发器的各种物理和运行的方面。尽管比较详细地描述光 ^JC器400，但是对光fct器400的描述仅是说明，而不^:对^^发明的范 围的限制。如上所述，在一个实施例中，光收发器400适于多种每秒数据 率(包括lGbit/s、 2Gbit/s、 4Gbit/s、 10Gbit/s以及更高的数据率)的光 信号发射和接收。此外，此处所描述的实施例可在符合多种不同形状皿 (form factor)和多种不同通信协议中任一种的光收发器中实施，其中所 述形状规格的示例包括，但不限于，XFP， SFP， SFP +和SFF，而所述通 信协i义的示例包括，但不限于，GiGE， SONET和Fibre Channel (光纤通 道)。
继续参照图4， fet器400包括印刷电路板("PCB") 450，其上安 装有^ML器的各种电子组件。这样的组件之一;l控制模块405。控制模块 405通过连接器405A和405B连接到集成的激光器驱动器/后置放大器 ("LDPA" ) 402。这些连接器允许控制模块405监控LDPA402的运行， 这将在后面详细描述。控制模块405连接到持久存储器406,持久存储器 406存储有用于配置控制模块405的^L码并且还用于存储运行^。控制 模块405还能够通过串行数据线(SDA)和串行时钟线(SCL)与所示的 外部主机411通信。
收发器400包括发送路径和接^径，现在对它们进行描述。接收路 径包括ROSA410，其将输入的光数据信号转换成电数据信号。电数据信 号I^被提供给LDPA402的后置放大器部分。后置放大器放大或以其它 方式处理电数据信号，并经由连接器402A向外部主机4U提供电数据信 号。对于发送路径，外部主机411产生电数据信号，并经由连接器402B 向LDPA402的激光器驱动器部分提供电数据信号。激光器驱动器处理电 数据信号并驱动TOSA 420，这导致TOSA 420发射光数据信号。
现在将更详细地描述收发器400的运行。在运行时，光收发器400 经由ROSA410以后面更充分描述的方式从光纤415A接收光数据信号。 ROSA 410将接收到的光数据信号转换成电数据信号。然后，ROSA 410 向后置放大器提供所得的电数据信号。在示出的实施例中，后置放大器与 激光器驱动器合并成集成的LDPA 402。因此，LDPA 402存在于单个集 成电路芯片上并且连同PCB 450上的其它电子组件340(下文将对其中的 一些进行深入的描述)一起被包括作为组件。在其它实施例中，后置放大 器和激光器驱动器被实现为PCB 450上的分离组件。
LDPA 402的后置放大器部分放大接收到的电数据信号并通过信号路 径402A向外部主机411提供放大后的数据信号。外部主机411可以是能 够与光收发器400通信的任何计算系统。外部主机411包含主^储器 412，其可以是任何易失性或非易失性存储器源。在一个实施例中，光收 发器400的一些组件可位于主机411上，而fet器的其它组件位于与主机 411分离的PCB 450上。
光收发器400也可从主机411接收用于发送到光纤415B上的电数据 信号。具体地说，LDPA 402的激光器驱动器部分经由信号路径402B从 主机411接收电数据信号，并驱动TOSA420内的光源。光源的一个示例 是DFB激光器，其可导致TOSA420将光数据信号发射到光纤415B上， 光数据信号表示主机411所提供的电数据信号中的信息。 一般地，光源安 装在TOSA内的头部，该头部包括多个通孔，通过这些通孔利用导线以 使电信号从PCB 450的电接口的电信号到达安装在头部上的光源和其它 组件。
ROSA410、 LDPA402和TOSA420的状态可由于很多因素而动态变
化。例如，温度变化、功率波动以;^馈*每个都可影响这些组件的性
能。因此，收发器400包括控制模块405，其可对环境条件(如温度、激 光器寿命)和/或运行条件(如电压)进行评估，并通过连接器405从LDPA 402的后置放大器部分接收信息和通过连接器405B从LDPA的激光器驱 动器部分接收信息。该布置允许控制模块405优化激光器和其它组件的性 能以补偿动态变化的条件。
具体地说，控制模块405通过经由连接器405A和405B调整所示出的LDPA402的设置来优化收发器400的运行。这些设置调整可以是断续 性的并且通常只有在温度或电压或其它低频变化使之合理时才做出这些 设置调整。
控制模块405可存取持久存储器406，在一个实施例中，持久存储器 406是电可擦可编程只读存储器(EEPROM)。持久存储器406也可以是 任何其它非易失性存储器源。持久存储器406被用于存储用于配置控制模
块405的微码以及用于存储由控制模块405测得的运行参数。持久存储器 406和控制模块405可以不受限制地一起封装在同一封装内或封装在不同 的封装内。
可分别使用SDA和SCL线从主机411向控制模块405提供数据和时 钟信号。此外，可从控制模块405向主机411提供数据以允许发送诊断数 据，例如环境和/或运行M。控制模块405包括模拟部分408和数字部 分409。在本实施例中，模拟部分408和数字部分409共同使控制模块能 够数字地执行逻辑，同时仍主JH吏用模拟信号与光^ML器400的其余组件 进行连接。
II.有源线性TOSA的实施例示例
现在参照图5，其示出有源线性TOSA电路500的一个示例的框图。 有源线性TOSA电路500可安装在TOSA (例如，图3和4所示的TOSA 320和420)的头部502上，尽管不要求这样。应注意，下面的描述只作 为说明而不应用于限制所附权利要求或在此公开的实施例的范围。
电路500包括差分输入端510A和510B。差分输入端各自通过差分 传输线从驱动器输出级(例如，图4所示LDPA402的激光器驱动器部分) 接收差分信号。具体地说，输入节点510A接收正信号部分，而输入节点 510B接收互补信号部分。如上所述，在节点510A和510B处接收到的差 分信号可以是lGbit/s、 2Gbit/s、 4Gbit/s、 10 Gbit/s以及更高的数据率。
电路500还包括緩冲器级520、放大器级530以及电光换能器540。 緩冲器级520具有两个用于接收差分信号的节点522和524，其中第一节 点522耦合到差分输入端510A，而第二节点524耦合到差分输入端510B。 应注意，如此处所使用的，"耦合"被限定为表示在两个或更多电路对象 之间没有任何插入电路对象的直接连接，以及在两个或更多电路对象之间 通过一个或更多插入电路对象的间接连接。例如，两个彼此直接连接的电 路对象被彼此"耦合"。同样的两个电路对象若其间连接有一个或更多插入电路对象则也被彼此"耦合"。
緩冲器级520包括第三节点526和第四节点528,其中第三节点526 耦合到放大器级的第一节点532而第四节点528电耦合到换能器540的第 一节点542。緩冲器级520接收差分信号并将其转换成緩冲器提供给放大 器级530的单端信号。此外，緩冲器级520将放大器级与差分^^入端510A 和510B隔离，使得所l故大器级的电容不影响在差分输入端接收到的差 分信号，这是由于节点526处的阻抗可被制作为远小于节点522和524处 的阻抗。具体地说，节点522和524处的阻抗通常各自是50欧姆，而节 点526处的阻抗可被制作为低于5欧姆。本领域的技术人员可理解，在存 在输出级530的电容的情况下，低阻抗允许由R-C时间常数所规定的高 带宽运行。
放大器级530包括耦合到信号地560的第二节点534。如下文更充分 描述的，信号地560不是接地到其上安装有电路500的TOSA头部502。 此外，放大器级具有耦合到换能器540的第二节点544的第三节点536。
除了电耦合到緩冲器级的第四节点528之外，换能器540的第一节点 542还被配置以电耦合到电压源550。
现在转到图6，其示意性地示出图5的有源线性TOSA电路500示例 的特定实施例600。电路600包括緩冲器级610、放大器级620以及电光 换能器630，各自根据上文结合图5进行的相应描述被配置。第一输入节 点602A和第二输入节点602B从驱动器输出级640接收信号。在一个实 施例中，输入节点602A和602B都可包括交流(AC )耦合电容器，尽管 不是在所有的实施例中都要求如此。在示出的实施例中，驱动器输出级 640M示为电ii^逻辑(CML)输出级。CML输出级是具有两个互补 输出节点的差分输出级，因此允许输出级640利用差分输出的速度和信号 保真度优点。应注意，输出级640可包括相关的具有与CML级输出阻抗 和緩沖器级610的输入阻^目匹配的特征阻抗的互连传输线。后面部分将 对此深入论述。第 一输入节点602A可耦合到偏置电流源680 。
第一输入节点602A和笫二输入节点602B允许差分信号ii^其上安 装有电路600的头部650的范围。尽管未被示出，但是头部650 —般接地 到其中实施了头部的i殳备的机壳。例如，可在光电子收发器中实施具有头 部650的TOSA。在这种情况下，头部650—般接地到收发器的机壳。
通过包括两个端接电阻器604A和604B以及端接电容器606的传统的差分信号端接次级(sub-stage)来使差分信号端接在緩沖器级610内。 一般地，端接电阻器的阻抗被选择为与从驱动器输出级640到输入节点 602A和602B传送差分信号的差分传输线的阻^目匹配。例如，如果差 分传输线的阻抗是100欧姆，则各个电阻器的阻抗是50欧姆。
作为端接次级的配置和来自输出级640的差分信号的结果，在节点 604C处建立虚(AC )地。随后将此节点耦合到信号地返回节点670。因 此，所述差分信号的单端信号分量被提供给第一双极晶体管608的基极 端。并且由于放大器的输出信号的返回路径实际上与虚地节点604C处于 相同的电位，因此单端信号分量被传递至输出信号。此外，緩冲器级610 包括与第一晶体管608的发射极端耦合的第一电阻器612，其中所述第一 电阻器用于对第 一晶体管进行偏置。
如前所述，緩冲器级610耦合到放大器级620。在本实施例中，这通 过将第一晶体管608的发射极端耦合到放大器级内的第二双极晶体管622 的基统端来实现。第二晶体管622的发射极端耦合到信号地670，其无需 为射频(RF)地。这是通it^电源节点660到信号地节点670提>(^子细 设计的去耦合电路来实现。此处，将这种去耦合电路的一个示例示为去耦 合电容器635。去耦合电容器635的第一端子耦合到第一双极晶体管608 的集电极端^合到电光换能器的第一端子。去耦合电容器635的第二端 子耦合到信号地670。尽管在此特定实例中未被示出，但是电子领域的技 术人员可预见，实际上需要更复杂的去耦合网络来处理相关的不同频率范 围。这可能意味着， 一些去耦合电路可位于驱动器集成电路(IC)上，而 一些去耦合电路也可位于驱动器IC之外。还可想象，除了电容器之外去 耦合电路还可包括此处未被示出的电阻器和电感器。所以，信号地位于头 部650之外，因而，当电路600用于光JJtiC器时，信号地不连接到机壳地。 这可在运行时提供众多的优点，下文将对此进行更为详细的描述。放大器 级620还包括第二电阻器624，其将第二晶体管622的发射极端耦合到信 号地节点670 ，这使得电路600线性化。
緩冲器级610和放大器级620均耦合到电光换能器630。特别地，换 能器630的第一端子耦合到第一双极晶体管608的集电极端，第一端子还 被配置以耦合到电压源660。电压源660向电路600提供电流。换能器630 的第二端子耦合到第二双极晶体管622的集电极端。
在运行时，緩冲器级610从驱动器输出级640接收差分信号。緩冲器 级610将差分信号转换成单端信号并将单端信号提供给放大器级620，将单端信号从第一晶体管608的发射极端发送到第二晶体管622的基统端。 第二晶体管抽取流经电光换能器630的电流，流经换能器的被抽取的电流 的量值与从第一晶体管608接收到的电流成正比。因此，第二晶体管622 放大从第一晶体管608接收到的单端信号，而换能器630发射代M大后 的信号的光信号。电信号返回与头部或机壳地分离的信号地670。
应该注意，上述特定实例使用双极晶体管。但是可通过场效应晶体管 (FET)来实现该功能，而不改变本发明的原理、精神和优点。
使用有源线性TOSA电路可获得各种优点。首先，信号地与头部/机 壳地分离。当单端驱动系统被如图1所示的那样实施并将返回地信号接地 到光收发器或其它应用中的头部或机壳地时，这可能导致系统问题。例如， 具有大量光收发器的系统可能共享公共系统地，各个收发器的机壳地耦合 到所述公共系统地。各个收发器的单端驱动系统的返回电流通过共用地返 回，这可能导致信号间的串扰。使单端信号通过机壳地返回还可导致其它 系统问题。当机壳经受静电放电(ESD)刺激时将产生另一个问题。如果 信号地连接到机壳地，则在运行中模块将使数据出错。这在许多系统中是 不能接受的。因此，许多应用要求信号地与头部/机壳地分离。本发明在 其中^1有效的一个应用是Enhanced (增强)8.5和10 Gigabit (千兆比 特)小形状规格可插拔模块(SFP+ )，其要求信号地与头部地分离。参 见规范SFF國8431，可获自ftp:〃ftp.seagate.com/sff/SFF-8431.PDF。
其次，对于电路600而言无需良好的RF地。 一般地，如图1所示， 当从驱动器向位于头部上的放大器电i^供单端信号时，需要良好的RF 地，这是因为噪声可当信号在传输线上传播时对信号产生影响。RF地必 须具有高保真度，这是因为其提供信号的返回路径。有利地，从驱动器向 电路600提供的信号是差分信号，因此无需良好的RF地。
第三，电路600对从驱动器接收到的差分信号进行线性放大。当前的 激光器驱动器包括许多特征，用于在将差分信号提供给TOSA之前对其 进行整形以抵销固有的激光器缺陷并产生最佳模块输出。使用电路600， 整形后的输入到TOSA的信号仅被线性放大，而最后信号形状得以保持。 相反，如图2中所示的差分放大器TOSA电路在其输出处将波形标准化 成低电平或高电平，并且在处理中破坏了信号形状，因此，在将信号拔_供 给TOSA之前对其施加的任何波形整形(例如，幅度提升或抖动补偿) 当在有源线性TOSA电路中对信号进行线性放大时得以保持；但是在进 行差分放大时这些波形整形将丢失。第四，由于通过电路600获得的放大量，所以与图2的差分放大器电 路所需的差分信号的量值相比，在使用电路600时从激光器驱动器接收到 的差分信号的量值可相对较小。驱动差分信号所需的电压既取决于信号的 量值又取决于用于传送该信号的传输线的阻抗。可通过减小信号幅值或传 输线的阻抗来减小电压。在图2所示的差分放大器电路的情况下，必须减 小传输线的阻抗以便不超出电压净空(headroom)。然而，与制造高阻抗 传输线相比，制造低阻抗传输线更为困难。有利地，因为差分信号可以相 对较小，所以可结合电路600来使用相对较高阻抗的传输线。
笫五，由具有有源线性TOSA (例如，具有有源线性TOSA电路的 TOSA)的光收发器模块所辐射的电磁干扰("EMI")远小于由具有传统 TOSA的光^器所辐射的EMI。这是由于具有有源线性TOSA的光收 发器内的EMI电流环路远小于具有传统TOSA的光收发器内的EMI电 流环路(如图7A和7B所示)而产生的。当然，EMI与驱动电流和电流 环路成比例。
图7A描述具有传统TOSA 710的光收发器700中的EMI电流环路 702。激光器驱动器704设置于PCBA 706上并通过传输线708向TOSA 710提供信号。偏置电流712被提供以便驱动TOSA内的电光换能器714。 TOSA710不具有放大器，或具有与有源线性TOSA电路相比提供更少放 大的放大器。
图7B描述在具有有源线性TOSA760的光收发器750中的EMI电流 环路752。 ^ML器750具有设置在PCBA 756上的激光器驱动器754，激 光器驱动器754通过传输线758向TOSA760提皿号。由驱动器754所 提供的信号被根据图6所示的电路600进行配置的有源线性TOSA电路 764放大，并被提供给电光换能器766。偏置电流762也被提供以便对 TOSA内的电路764和电光换能器764进行偏置。
由于TOSA760包括有源线性TOSA电路764，与对传统的TOSA710 中的换能器714进行偏置所需的偏置电流712相比，对电路764和换能器 766进行偏置所需的偏置电流762的量值相对较小。因此，与通过传输线 708向传统的TOSA拔 映的信号的量值相比，通过传输线758向有源线性 TOSA提供的信号的量值较小，并且可认为传输线758辐射的任何EMI 是可忽略的。
在实施传统TOSA710的光收发器700内，通itM^区动器704到换能 器714以及经过地返回的信号路径来限定传送强信号的EMI电流环路702。相比之下，在实施有源线性TOSA 760的光fcl器750内，通it^ 放大器764到换能器768以及经过地返回的信号路径来限定传il^目似量值 的信号的EMI电流环路752。尽管未按比例绘制，但是有源线性TOSA 内的EMI电流环路752的尺寸一般远小于具有传统TOSA的fet器内的 EMI电流环路702的尺寸，这是由于在有源线性TOSA中，电光换能器 被定位为靠近故大器。相对于具有传统tosa的jML器，这导致从具有 有源线性TOSA的收发器辐射的EMI较小。
图7A至7B的论述突出了有源线性TOSA电路的其它优点。例如， 用于驱动有源线性TOSA的相对较小的信号仍源自为了良好的信号完整 性而必须与TOSA阻抗匹配的驱动器。然而，因为驱动信号相对较小， 所以进行驱动所需的功率是可忽略的。此外，激光器直接连接到放大器输 出，因此可以最小的驱动电流对激光器ii行驱动，而无需阻抗匹配。实际 上，与实施图1和2所示的TOSA的札良器的功率耜*斜目比，具有有源 线性TOSA的光^器的功率耜T軟约小两到四倍。例如，在所有其它组 件大致相同的情况下，与图7A的具有传统TOSA的收发器700相比，图 7B的狄器750可耗散1瓦特或更小的功率。
有源线性TOSA的又一个好处在于，TOSA内的电光换能器由放大 器电路进行偏置，并且与此相关的所有偏置元件都包含在TOSA内。通 过消除在pcba上具有激光器偏置元件的需要，这可简化pcba模块。 使用传统TOSA的光收发器通过在PCBA上使用许多外部元件来偏置换 能器。因为在激光器驱动器与激光器之间传输的高速信号对其负栽效应极 为敏感，所以这些偏置网络通常是复杂的并难以设计。有源线性TOSA 的放大器电路确实需要偏置电流，但是与传统的TOSA偏置电;i^目比该 偏置电流极小，并且容易提供而不会对高速信号产生消极影响。
在不背离本发明的精神和基本特征的情况下，可以以其它特定形式来 实施本发明。应当理解在各个方面，所描述的实施例仅是说明性的而不是 限制性的。因此，本发明的范围由所附的权利要求、而不是前面的描述来 表示。所有落入权利要求的等价意义或范围内的变化都应涵盖在本发明的 权利要求的范围之内。
权利要求
1.一种有源线性光发送组件，包括头部，其电耦合到机壳地；第一输入节点，其被配置以接收第一数据信号；第二输入节点，其被配置以接收与所述第一数据信号互补的第二数据信号；缓冲器级，其具有耦合到所述第一输入节点的第一节点和耦合到所述第二输入节点的第二节点；放大器级，其具有与所述缓冲器级的第三节点耦合的第五节点并具有耦合到信号地的第六节点，其中所述信号地未被耦合到所述机壳地；以及电光换能器，其具有与所述放大器级的第七节点耦合的第八节点并具有被配置以耦合到电压源的第九节点，所述电光换能器耦合到所述缓冲器级的第四节点。
2. 如权利要求1所述的;^送组件，其中，所述第一输入节点和所 述第二输入节点包括交流耦合电容器。
3. 如权利要求1所述的iUL送组件，其中 所述緩冲器级包括两个端接电阻器、电容器以及第一双极晶体管； 所述緩冲器级的第三节点包括所述第 一双极晶体管的发射极端；以及 所述緩冲器级的第四节点包括所述第 一双极晶体管的集电极端。
4. 如权利要求1所述的i^iiy且件，其中 所l故大器级包括第二双极晶体管；所l故大器级的第五节点包括所述第二双极晶体管的M端； 所t故大器级的第六节点包括所述笫二双极晶体管的发射极端；以及 所l故大器级的第七节点包括所述第二X3^L晶体管的集电极端。
5. 如权利要求1所述的光发送组件，其中，所述信号地不是射频 ("RF")地。
6. 如权利要求1所述的M送组件，其中，通过差分传输线从激光 器驱动器接收所述第 一和第二数据信号。
7. 如权利要求6所述的itJL送组件，其中，所述激光器驱动器在向 所述第 一和第二输入节点提供所述第 一和第二数据信号之前对所述第一 和第二数据信号执行波形整形。
8. 如权利要求7所述的a送组件，其中，所述緩冲器级将所述第 一和第二数据信号转换成单端信号并向所i^t大器级提供所述单端信号。
9. 如权利要求8所述的ife^送组件，其中，所述放大器级对所述单 端信号进行线性放大，由此保持由所述激光器驱动器所执行的波形整形。
10. 如权利要求l所述的i^送组件，其中，所述电光换能器是分布 反馈激光器。
11. 一种位于光电子封装中的线性信号放大电路，所述电路包括第 一输入节点，其被配置以接收第 一数据信号；第二输入节点，其被配置以接收与所述第 一数据信号互补的第二数据 信号；第 一双极晶体管，其具有耦合到所述第 一和第二输入节点的基fe端；笫二双极晶体管，其具有与所述第一双极晶体管的发射极端耦合的基极端并具有耦合到信号地的发射极端，其中所述信号地未被耦合到机壳 地；电光换能器，其具有被配置以耦合到电压源的第一端子，并且所述电 光换能器耦合到所述第一双极晶体管的集电极端，所述电光换能器具有与 所述第二双极晶体管的集电极端耦合的第二端子；以及去耦合电路，其耦合在所述电压源与所述信号地之间。
12. 如权利要求11所述的电路，其中，所述第一输入节点和所述第 二输入节点包括交流耦合电容器。
13. 如权利要求11所述的电路，其中，所述光电子封装是被包括在 光发送组件中的头部部件。
14. 如权利要求11所述的电路，还包括用于接收所述第一和第二 数据信号并在将所述第 一和第二数据信号转换成单端信号之后向所述第 一双极晶体管的Jj改端提供所述单端信号的第一端接电阻器、第二端接电 阻器以及端接电容器。
15. 如权利要求14所述的电路，还包括第三电阻器，其中所述第 一端接电阻器的第 一端子耦合到所述第 一输入节点和所述笫一双极晶体管的^L端；所述第二端接电阻器的第 一端子耦合到所述第二输入节点，而所述笫 二端接电阻器的第二端子耦合到所述第一端接电阻器的第二端子；所述端接电容器的第一端子耦合到所述第一端接电阻器的第二端子 和所述第二端接电阻器的第二端子；所述第三电阻器的第 一端子辆合到所述第 一双极晶体管的发射极端 和所述第二双极晶体管的基敗端，而所述第三电阻器的第二端子耦合到所 述第 一端接电容器的第二端子、所述第二双极晶体管的发射极端以及所述 信号地。
16. 如权利要求14所述的电路，其中，所述第一双极晶体管将所述 第一和第二数据信号与所述第二双极晶体管的寄生电容隔离，并向所述第一双极晶体管的基改端提供所述单端信号。
17. 如权利要求14所述的电路，其中，通过差分传输线从激光器驱 动器接收所述第 一和第二数据信号。
18. 如权利要求17所述的电路，其中，所述激光器驱动器在向所述 第 一和第二输入节点提供所述第 一和第二数据信号之前对所述第 一和第 二数据信号执行波形整形。
19. 如权利要求11所述的电路，其中，所述电光换能器包括分布反 馈激光器。
20. 如权利要求11所述的电路，其中，耦合在所述电压源与所述信 号地之间的去耦合电路包括去耦合电容器，其中所迷去耦合电容器的第一端子耦合到所述第一双极晶体管的集电极 端和所述电光换能器的第一端子；以及所述去耦合电容器的第二端子耦合到所述信号地。
21. —种光电子封装，其包括 头部部件，其电耦合到机壳地；线性信号放大电路，其被包括在所述头部内并具有 -第一输入节点，其被配置以接收第一数据信号； -第二输入节点，其被配置以接收与所述第一数据信号互补的第二数据信号；—緩冲器级，其具有耦合到所述第一输入节点的第一节点和耦 合到所述第二输入节点的第二节点，所述緩冲器级被配置以从所述 第 一和第二输入节点接收所述第 一和第二数据信号并将所述第 一和第二数据信号转换成单端信号；-放大器级，其具有与所述緩沖器级的第三节点耦合的第一节 点并具有耦合到信号地的第二节点，其中所述信号地未被耦合到所 述机壳地，所述放大器级被配置以从所述緩冲器级接收所述单端信 号并对所述单端信号进行线性放大以产生放大后的单端信号；以及-电光换能器，其具有与所a大器级的第三节点耦合的第一 节点并具有耦合到电压源的第二节点，所述电光换能器的第二节点 还耦合到所述緩沖器级的第四节点，其中所述电光换能器被所a 大后的单端信号驱动以发射表示所i^t大后的单端信号的光信号。
22. 如权利要求21所述的光电子封装，其中所述緩沖器级包括第一端接电阻器、第二端接电阻器、端接电容器、 第三电阻器以及第一双极晶体管；所l故大器级包括第二双极晶体管和第二电阻器；以及所述电光换能器包括分布>^馈激光器。
23. 如权利要求21所述的光电子封装，其中，在所述第一和第二输 入节点处接收到所述第一和第二数据信号之前，对所述第 一和第二数据信 号进行了信号整形以抵销所述电光换能器中的固有缺陷。
24. 如权利要求21所述的光电子封装，其中，所述光电子封装包括 在^L送组件中。
全文摘要
一种安装在光电子封装中的有源线性放大器电路，该电路包括用于接收差分信号对的输入节点、第一双极晶体管、第二双极晶体管、电光换能器以及去耦合电路。第一双极晶体管的基极端耦合到两个输入节点，而第一双极晶体管的发射极端耦合到第二双极晶体管的基极端。第一双极晶体管的集电极端耦合到电光换能器的第一端子，电光换能器的第一端子还被配置以耦合到电压源。第二双极晶体管的集电极端耦合到电光换能器的第二端子，而第二双极晶体管的发射极端耦合到信号地，信号地不是头部地。
文档编号G02B6/42GK101563634SQ200780036876
公开日2009年10月21日 申请日期2007年8月3日 优先权日2006年8月4日
发明者D·詹姆斯·杜马, 阮氏玲 申请人:菲尼萨公司