一种带宽补偿的超高速激光驱动器电路和驱动器芯片的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明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。
【背景技术】
[0002] 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。
【发明内容】
[0003] 发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明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。
[0004] 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，本发明提 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RnR2、R3，三只电容CpCrQ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&与电源电压VDD连接，发射极与MOS管Ml的漏极连 接；晶体管Q2的基极一方面接输入电压Vim，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q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VMf，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VMd，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。
[0005] 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的影响，电容C1 和C2采用交叉耦合结构，所述电容Ci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Cwl，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Cw2。
[0006] 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 =R其中，Q表示VCSEL输出节点处的 负载电容，&表示VCSEL输出节点的负载电阻。
[0007] 该激光驱动器的工作原理是：
[0008] 首先，电容(^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 间的寄生电容的影响。下面以Q1管的集电极节点为研宄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和晶体管Q2集电极节点的 交流电压相反，那么，V通过寄生电容Cw的电流和V通过耦合电容Ci的电流之和 1为：
[0009] I1=sCs(C.rQ^outi (1)同理可得：
[0010] I2=sCu2V〇ut2+sC2Voutl= s(Cu2-c2)vout2 (2)那么当C1=Cwl，C2=CJ寸，I1 =I2，此时寄生电容的影响就可以被电容CdPc2抵消，从而扩展了电路带宽。
[0011] 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：
[0012]
【主权项】
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；S只NPN双极型 晶体管Q1、Q2、Q3,立只MOS管Ml、M2、M3,立只电阻Ri、R2、Rs，立只电容Cl、C2、Cs和一只激 光二极管VCSEL ;晶体管Q1的基极接输入电压Vi。，集电极通过电阻Ri与电源电压Vdd连接， 发射极与MOS管Ml的漏极连接；晶体管Q2的基极一方面接输入电压，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Cl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Rs和电容C 3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Vuf，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V DD连接，发射极与MOS管M3的漏极连接；MOS管Ml、M2的栅极一方 面分别接直流偏置电压另一方面通过电阻Rs和电容C 3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Vbhs，MOS管Ml、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。
2. 根据权利要求1所述的带宽补偿的超高速激光驱动器电路，其特征在于，所述电容 Cl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C U1，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C ,2。
3. 根据权利要求1所述的带宽补偿的超高速激光驱动器电路，其特征在于，所述电阻 尺3和电容C 3的取值满足；R 3〔3= R。。瓜，其中，Cl表示VCS化输出节点处的负载电容，R康示 VCS化输出节点的负载电阻。
4. 一种带宽补偿的超高速激光驱动器巧片，其特征在于，包括权利要求1所述的超高 速激光驱动器电路。
5. 根据权利要求4所述的带宽补偿的超高速激光驱动器巧片，其特征在于，该巧片采 用BiCMOS工艺实现。
【专利摘要】本发明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。
【IPC分类】H01S5-042
【公开号】CN104617483
【申请号】CN201510042192
【发明人】陈莹梅, 王鹏霞, 王琼, 龚健伟
【申请人】东南大学
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2015年1月27日