专利名称：驱动电路及驱动ic的制作方法
技术领域：
本发明涉及驱动光调制器或半导体激光器的驱动电路，尤其涉及即便输出交叉点 从50%偏移的电气波形时也能够维持良好的输出波形的驱动电路。
背景技术：
光通信系统要求传送信息的进一步高速、高密度化及长距离化。为了高速传送，将 应用的工作频率提升至10G、40G、100Gbps。为了高密度化，使用诸如DWDM的复用通信。作 为较短距离的通信用途，采用直接调制驱动的半导体激光器，作为长距离通信用途，采用外 部调制驱动。 在外部调制驱动上，主要使用电场吸收型光调制器(EAM :ElectricAbsorption modulators)。该EAM的光输出功率的变化相对于输入电压的变化呈非线形。因此，驱动 EAM的驱动电路需要输出输出波形的占空比(Duty)有偏移的、即交叉点从50%偏移的电气 波形(例如，参照专利文献1 :日本特开平11-14951号公报)。此外，交叉点的调整对于改 善半导体激光器的光波形也是有用的。 但是，为了输出交叉点从50%偏移的电气波形，驱动电路需要工作频率以上的宽 频带。因而，在频带不足的情况下，存在会发生输出波形劣化(高颤抖(highjitter)或低 速Tf/Tf等)的问题。
发明内容
本发明为解决上述课题构思而成，其目的在于即便输出交叉点从50%偏移的电气 波形的情况下也得到能够维持良好的输出波形的驱动电路。
本发明的驱动电路，其特征在于具备串联连接的多个差动放大级，以及与所述多 个差动放大级的2个以上的差动放大级分别连接的2个以上的交叉点调整电路，所述交叉 点调整电路控制对应的差动放大级的正相和反相的DC电平中的至少一方，调整对应的差 动放大级的输出信号的交叉点。本发明的其它特征以下将会清楚。
(发明效果) 通过本发明，即便输出交叉点从50%偏移的电气波形的情况下也能够维持良好的 输出波形。
图1是表示本发明实施方式1的驱动电路的方框图。 图2是表示本发明实施方式1的驱动电路的电路图。 图3是驱动电路的输出波形。 图4是驱动电路的输出波形。 图5是交叉点调整电路的输出波形。 图6是交叉点调整电路的输出波形。
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图7是表示驱动电路的比较例的方框图。 图8是表示发明的实施方式1 4的驱动电路的交叉点调整特性的图。 图9是表示本发明实施方式3的驱动电路的方框图。 图10是表示本发明实施方式4的驱动电路的方框图。 图11是表示本发明实施方式5的驱动电路的方框图。 图12是表示本发明实施方式5的驱动电路的电路图。 图13是表示本发明实施方式6的驱动电路的电路图。 图14是表示本发明实施方式7的驱动电路的电路图。(符号说明) Al初级放大级(差动放大级)；A2第二级放大级(差动放大级)；A3最终放大级 (差动放大级)；CP1、 CP2、 CP3交叉点调整电路；IN输入端子；IN_Posi正相输入端子；IN_ Nega反相输入端子；R51第一终接电阻；R52第二终接电阻；R53第一电阻；R54第二电阻； R55第三电阻；R63、R64电阻(第一电阻分割电路)；R65、R66电阻(第二电阻分割电路)。
具体实施方式
实施方式1 图1是表示本发明实施方式1的驱动电路的方框图。该驱动电路是用于驱动电场 吸收型光调制器(未图示)的驱动电路。电场吸收型光调制器响应通过驱动电路来被施加 的电压而吸收入射光，输出强度被调制后的光信号。 在输入端子IN与输出端子0UT之间，初级放大级A1、第二级放大级A2以及最终放 大级A3的3级差动放大级串联连接。在实施方式1中，在初级放大级Al及第二级放大级 A2上分别连接交叉点调整电路CP1、 CP2。 在此，交叉点调整电路CP1控制初级放大级Al的正相和反相的DC电平中的至少 一方，调整初级放大级A1的输出信号的交叉点。此外，交叉点调整电路CP2控制第二级放大 级A2的正相和反相的DC电平中的至少一方，调整第二级放大级A2的输出信号的交叉点。 对此在后面进行详细说明。 图2是表示本发明实施方式1的驱动电路的电路图。作为输入端子IN，设有被输 入正相的输入信号的正相输入端子IN_Posi和被输入反相的输入信号的反相输入端子IN_ Nega。作为输出端子OUT，设有输出正相的输出信号的正相输出端子OUT_Posi和输出反相 的输出信号的反相输出端子OUT_Nega。 初级放大级A1由差动放大电路DA1及发射极跟随器(emitterfollower)电路EF1 构成。第二级放大级A2由差动放大电路DA2及发射极跟随器电路EF2构成。最终放大级 A3仅由差动放大电路DA3构成。各级差动放大电路DA1、DA2、DA3作为输出被确定的限制在 一定振幅以下的限幅放大器(limiting amplifier)进行动作。使各差动放大器DA1、DA2、 DA3的增益在20dB左右(电压放大率为10倍左右)，能够将初级的差动放大电路DA1的限 制输出振幅设定为0. 5Vpp，将第二级差动放大电路DA2的限制输出振幅设定为1. OVpp，将 第三级差动放大电路DA3的限制输出振幅设定为2. 0Vpp。 在初级放大级Al的差动放大电路DA1与发射极跟随器电路EF1之间，插入交叉点 调整电路CP1。在第二级放大级A2的差动放大电路DA2与发射极跟随器电路EF2之间，插入交叉点调整电路CP2。 初级放大级A1的差动放大电路DA1具有负载电阻Rll、 R12 ;开关晶体管TRll、 TR12 ;以及恒流源CGll。开关晶体管TR11、TR12的基极分别与正相输入端子IN_Posi和反 相输入端子IN—Nega连接。开关晶体管TR11、TR12的集电极分别经由负载电阻R11、R12连 接到电源。在共同连接的开关晶体管TR11、TR12的发射极与接地点之间设有恒流源CGll。 通过负载电阻R11、R12的电阻值和恒流源CG11的电流值，确定差动放大电路DA1的限制输 出振幅。 初级放大级Al的发射极跟随器电路EF1具有开关晶体管Trl3、 Trl4以及恒流源 CG12、CG13。开关晶体管Trl3、Trl4的基极分别与差动放大电路DAl的开关晶体管TRll、 TR12的集电极连接。开关晶体管Trl3、Trl4的集电极分别与电源连接。在开关晶体管Tr13、 Trl4的发射极与接地点之间分别设有恒流源CG12、CG13。 交叉点调整电路CP1具有电阻R13、R14 ;恒流源CG14、CG15 ;以及耦合电路Jl。恒 流源CG14从连接开关晶体管TR11的集电极与开关晶体管Trl3的基极的正相的数据总线 抽取电流。恒流源CG15从连接开关晶体管TR12的集电极与开关晶体管Trl4的基极的反 相的数据总线抽取电流。为了从各数据总线分离恒流源CG14、 CG15而设置电阻R13、 R14。 控制恒流源CG14、 CG15抽取的电流的控制端子通过诸如非反相运算放大器的耦合电路Jl 汇集于1个控制端子T1上。 第二级放大级A2的差动放大电路DA2具有负载电阻R21、R22 ;开关晶体管Tr21、 Tr22 ;以及恒流源CG21。开关晶体管Tr21、Tr22的基极分别与初级放大级Al的开关晶体管 Trl3、Tr14的发射极连接。开关晶体管Tr21、Tr22的集电极分别经由负载电阻R21、R22连 接到电源。在共同连接的开关晶体管Tr21、Tr22的发射极与接地点之间设有恒流源CG21 。 通过负载电阻R21、R22的电阻值和恒流源CG21的电流值，确定差动放大电路DA2的限制输 出振幅。 第二级放大级A2的发射极跟随器电路EF2具有开关晶体管Tr23、 Tr24及恒流源 CG22、 CG23。开关晶体管Tr23、 Tr24的基极分别与差动放大电路DA2的开关晶体管Tr21、 Tr22的集电极连接。开关晶体管Tr23、Tr24的集电极分别与电源连接。在开关晶体管Tr23、 Tr24的发射极与接地点之间分别设有恒流源CG22、CG23。 交叉点调整电路CP2具有电阻R23、R24 ;恒流源CG24、CG25 ;以及耦合电路J2。恒 流源CG24从连接开关晶体管Tr21的集电极与开关晶体管Tr23的基极的正相的数据总线 抽取电流。恒流源CG25从连接开关晶体管Tr22的集电极与开关晶体管Tr24的基极的反 相的数据总线抽取电流。为了从各数据总线分离恒流源CG24、 CG25而设置电阻R23、 R24。 控制恒流源CG24、 CG25所抽取的电流的控制端子通过诸如非反相运算放大器的耦合电路 J2汇集于l个控制端子T2上。 最终放大级A3的差动放大电路DA3具有负载电阻R31、 R32 ;开关晶体管Tr31、 Tr32 ;以及恒流源CG31。开关晶体管Tr31、 Tr32的基极分别与第二级放大级A2的开关晶 体管Tr23、 Tr24的发射极连接。开关晶体管Tr31、 Tr32的集电极分别经由负载电阻R31、 R32连接到电源，且分别与正相输出端子0U乙Posi和反相输出端子OU乙Nega连接。在共 同连接的开关晶体管Tr31、 Tr32的发射极与接地点之间设有恒流源CG31。通过负载电阻 R31、R32的电阻值和恒流源CG31的电流值，确定差动放大电路DA3的限制输出振幅。
对上述驱动电路的动作进行说明。从设置在光收发器内的DAC(Digital to Analog Converter)分别向控制端子T1、 T2输入控制信号。通过该控制信号，分别控制恒 流源CG14、 CG15、 CG24、 CG25从数据总线抽取的电流。通过这样控制交叉点调整电路的正 相和反相的恒流源，控制经由交叉点调整电路产生的交叉点变动量。 此外，在实施方式1中，按每个交叉点调整电路CP1、 CP2设置控制端子Tl、 T2，因 此分别独立地从外部控制交叉点调整电路CP1、 CP2产生的交叉点变动量。此外，在实施方 式1中，交叉点调整电路CP1、CP2的调整范围同样为50% 75%。 在此，对交叉点的调整原理进行说明。图3、图4是驱动电路的输出波形(眼孔图 案(eye pattern))。若使驱动电路的差动放大电路的差动波形完全对称，则如图3所示，输 出交叉点为50%的电气波形。即，输入的交叉点维持50%并加以输出。另一方面，若使差 动放大电路的差动波形的正相和反相的DC电平偏移，如图4所示，输出交叉点从50%偏移 的电气波形(交叉点80%)。 在本实施方式中，为了使差动放大电路DA1、 DA2的差动波形的DC电平偏移，设置 各交叉点调整电路CP1、 CP2。在此，仅考虑交叉点调整电路CP1。图5、图6是交叉点调整 电路CP1的输出波形。若使恒流源CG14、CG15抽取相同的电流值，则如图5所示，差动波形 的DC电平会相同。该结果，如图3所示，输出交叉点为50%的电气波形。另一方面，若使恒 流源CG14、CG15抽取不同的电流值，则如图6所示，差动波形的DC电平会不同。该结果，如 图4所示，输出交叉点从50 %偏移的电气波形。 接着，一边与比较例进行对比，一边对实施方式1的驱动电路的效果进行说明。图 7是表示驱动电路的比较例的方框图。在该比较例中，1个交叉点调整电路CP1连接到初级 放大级A1。在图6所示的场合，在使DC偏压偏移的节点上逻辑电平成为l(Posi为高(H) 电平，Nega成为低(L)电平)的位(bit)，在次级上被差动放大的输出波形的脉宽W和脉冲 振幅A变窄。脉冲振幅A越窄，次级放大电路就越需要更大的增益，但是一般放大电路的增 益和频率的积(GB积)有界限，因此次级放大电路的频带会更窄。在图7所示的比较例中 进行高百分比的交叉点调整的场合，只能用交叉点调整电路CP1来进行，由于上述脉宽W和 脉冲振幅A显著变窄且第二级放大级的频带变窄，所以不能得到良好的输出波形。
另一方面，在实施方式1中，在多级放大电路的多个部位配置各交叉点调整电路 CP1、CP2。从而，频带的负载分散，因此能够缓冲多级放大电路所求得的频带。例如，最终得 到交叉点80%的输出波形时，使2级交叉点调整电路CP1 、CP2上分别出现65%的交叉点变 动即可。因而，多级放大电路只要驱动图5和图6的中间频带的波形即可，无需驱动如图6 那样的宽频带的波形。因而，即使输出交叉点从50%偏移的电气波形的情况下，也能够维持 良好的输出波形(低颤抖或高速Tr/Tf等)。 此外，在本实施方式中，对差动放大级为3级的场合进行了说明，但并不限于此， 只要多个差动放大级串联连接即可。再者，在多个差动放大级的2个以上的差动放大级上， 分别连接2个以上的交叉点调整电路即可。
实施方式2 在实施方式1中各交叉点调整电路CP1、 CP2的调整范围相同，但在实施方式2中 两者的调整范围是不同的。具体地说，交叉点调整电路CP1的调整范围为50X 90X (粗 调整)，交叉点调整电路CP2的调整范围为50% 60% (微调整)。其它结构与实施方式l相同。 图8是表示发明的实施方式1 4的驱动电路的交叉点调整特性的图。横轴表示 调整位(Bit)数，纵轴表示交叉点。横轴的调整位数多的一方，可对纵轴的交叉点进行微调 整且有效。如图所示，实施方式2比实施方式1更能微调整。
实施方式3 图9是表示本发明实施方式3的驱动电路的方框图。2个交叉点调整电路CP1、CP2 共同连接到1个控制端子T3上。然后，经由控制端子T3共同从外部控制2个交叉点调整 电路CP1、 CP2产生的交叉点变动量。其它结构与实施方式1相同。 从而，只要有1个用于控制的DAC即可，因此减少了部件数，能够实现小型化、低成 本化。 实施方式4 图10是表示本发明实施方式4的驱动电路的方框图。从外部控制交叉点调整电 路CP1产生的交叉点变动量，交叉点调整电路CP2产生的交叉点变动量被固定。其它结构 与实施方式1相同。 从而，只要有1个用于控制的DAC即可，因此减少了部件数，能够实现小型化、低成 本化。此外，如图8所示，虽然范围窄但可进行交叉点的微调整。因而，对只能在限定的交 叉点调整范围(例如65% 75%)内使用的应用上有效。 再者，即使从外部控制交叉点调整电路CP2产生的交叉点变动量，且交叉点调整
电路CP1产生的交叉点变动量被固定，也能得到同样的效果。 实施方式5 图11是表示本发明实施方式5的驱动电路的方框图。在输入端子IN上连接第一 交叉点调整电路CP3，在初级放大级Al上连接第二交叉点调整电路CP1。该第一交叉点调 整电路CP3控制输入信号的正相和反相的DC电平中的至少一方，调整输入信号的交叉点。 此外，第二交叉点调整电路CP1控制初级放大级A1的正相和反相的DC电平中的至少一方， 调整初级放大级Al的输出信号的交叉点。其它结构与实施方式1相同。
图12是表示本发明实施方式5的驱动电路的电路图。其中，省略了第二级放大级 A2及最终放大级A3。此外，初级放大级Al及交叉点调整电路CP1的结构与实施方式1相 同。 在正相输入端子IN_Posi和反相输入端子IN_Nega上分别连接用于AC耦合(电 容耦合)的极间耦合电容(blocking c即acitor)Cl、C2。第一交叉点调整电路CP3具有为 减少反射而50Q终接的终接电阻R41、R42。控制端子T4经由终接电阻R41连接到正相输 入端子IN_Posi以及差动放大电路DA1的开关晶体管TR11的基极。控制端子T5经由终接 电阻R42连接到反相输入端子IN_Nega以及差动放大电路DA1的开关晶体管TR12的基极。
对上述驱动电路的动作进行说明。在AC耦合输入方式的一般差动放大器中，控制 端子T4、 T5短路，成为左右对称的波形(=交叉点50% )。与之相比，在本实施方式中，从 DAC分别向控制端子T4、 T5输入控制信号。通过该控制信号，分别确定正相输入端子IN_ Posi和反相输入端子IN_Nega的DC电平。从而控制输入信号的交叉点。此外，与实施方 式1同样地，从DAC向控制端子Tl输入控制信号，控制交叉点调整电路CP1产生的交叉点 变动量。再者，分别独立地从外部控制第一和第二交叉点调整电路CP3、 CP1产生的交叉点
8变动量。 如以上说明，在实施方式5中，多级放大电路的输入端子IN和初级放大级A1分别 配置第一和第二交叉点调整电路CP3、CP1。由此，使频带的负载分散，因此能够缓冲多级放 大电路所求得的频带。因而即使输出交叉点从50%偏移的电气波形的情况下，也能维持良 好的输出波形(低颤抖或高速Tr/Tf等)。 此外，在本实施方式中，对差动放大级为3级的场合进行了说明，但并不限于此， 只要多个差动放大级串联连接即可。又，在多个差动放大级的任一个上连接第二交叉点调 整电路即可。此外，共同连接控制端子T4、T5作为l个控制端子也可。
实施方式6 图13是表示本发明实施方式6的驱动电路的电路图。与实施方式5相比，第一交 叉点调整电路CP3的结构不同。该交叉点调整电路是双相终接型。 第一交叉点调整电路CP3具有50 Q的第一和第二终接电阻R51、 R52和第一 第 三电阻R53、R54、R55。第一终接电阻R51的一端与正相输入端子IN_Posi连接。第二终接 电阻R52的一端与反相输入端子IN_Nega连接。第一电阻R53的一端与第一终接电阻R51 的另一端连接，第一电阻R53的另一端与高电位(第一电位)连接。第二电阻R54的一端与 第二终接电阻R52的另一端连接，第二电阻R54的另一端与低电位(第二电位)连接。第 三电阻R55的一端与第一终接电阻R51的另一端以及第一电阻R53的一端连接，第三电阻 R55的另一端与第二终接电阻R52的另一端以及第二电阻R54的一端连接。
在一般的双相终接型中，使第一终接电阻R51和第二终接电阻R52短路，将由电阻 分割来确定的DC偏压值反映在正相以及反相上，因此不会发生DC偏压偏移。与之相比，在 实施方式6中在第一终接电阻R51与第二终接电阻R52之间插入第三电阻R55。从而，输入 信号的正相和反相的DC偏压值偏移，输入信号的交叉点从50X偏移。第三电阻R55的电阻 值越大，交叉点的偏移就越大。因此，能够得到与实施方式5同样的效果。
实施方式7 图14是表示本发明实施方式7的驱动电路的电路图。与实施方式5的不同点在 于第一交叉点调整电路CP3的结构。该交叉点调整电路是单相终接型。即，不同于实施方 式6，设置了对正相输入端子IN_Posi和反相输入端子IN_Nega分别独立地设定DC偏压的 电路。 第一交叉点调整电路CP3具有50 Q的终接电阻R61、 R62和电阻R63、 R64、 R65、 R66。终接电阻R61的一端经由电容C1连接到正相输入端子IN—Posi，终接电阻R62的一 端经由电容C2连接到反相输入端子IN_Nega。在高电位与低电位之间串联连接电阻R63、 R64，在这些电阻的连接点上连接终接电阻R61的另一端。在高电位与低电位之间串联连接 电阻R65、 R66，在这些电阻的连接点上连接终接电阻R62的另一端。 电阻R63、 R64将规定恒压电阻分割，构成向正相输入端子IN_Posi输出分割电压 的第一电阻分割电路。电阻R65、 R66将规定恒压电阻分割，构成向反相输入端子IN_Nega 输出分割电压的第二电阻分割电路。 在一般的单相终接型中，由于保持差动的对称性，第一和第二电阻分割电路的输 出电压是相同的(两电路的电阻常数相同)。与之相比，在实施方式7中第一电阻分割电路 的输出电压和第二电阻分割电路的输出电压是不同的。从而，输入信号的正相和反相的DC偏压值偏移，输入信号的交叉点从50%偏移。因此，能够得到与实施方式5同样的效果。
再者，在上述的实施方式1 7中，开关晶体管并不限于双极性晶体管，采用M0S 晶体管也能得到同样的效果。该场合，发射极成为源极，基极成为栅极，集电极成为漏极。
此外，将上述的实施方式1 7的驱动电路作为集成电路(IC)或集成电路的一部 分也能得到同样的效果，并且能够实现驱动IC的小型化。在实施方式5 7中，极间耦合 电容Cl、 C2可以设置在集成电路的外部而不包含于集成电路中。
权利要求
一种驱动电路，其特征在于具备串联连接的多个差动放大级；以及在所述多个差动放大级的2个以上的差动放大级上分别连接的2个以上的交叉点调整电路，所述交叉点调整电路控制对应的差动放大级的正相和反相的DC电平中的至少一方，调整对应的差动放大级的输出信号的交叉点。
2. 如权利要求1所述的驱动电路，其特征在于分别独立地从外部控制所述2个以上 的交叉点调整电路产生的交叉点变动量。
3. 如权利要求2所述的驱动电路，其特征在于各交叉点调整电路的交叉点调整范围 相同。
4. 如权利要求2所述的驱动电路，其特征在于各交叉点调整电路的交叉点调整范围 不同。
5. 如权利要求1所述的驱动电路，其特征在于共同从外部控制所述2个以上的交叉 点调整电路产生的交叉点变动量。
6. 如权利要求1所述的驱动电路，其特征在于从外部控制所述2个以上的交叉点调整电路的一部分产生的交叉点变动量，所述2个以上的交叉点调整电路的剩余部分产生的交叉点变动量被固定。
7. —种驱动电路，其特征在于具备 串联连接的多个差动放大级；与所述多个差动放大级的输入端子连接的第一交叉点调整电路；以及 与所述多个差动放大级的任何一个连接的第二交叉点调整电路，所述第一交叉点调整电路控制输入信号的正相和反相的DC电平中的至少一方，调整 所述输入信号的交叉点，所述第二交叉点调整电路控制对应的差动放大级的正相和反相的DC电平中的至少一 方，调整对应的差动放大级的输出信号的交叉点。
8. 如权利要求7所述的驱动电路，其特征在于分别独立地从外部控制所述第一和第 二交叉点调整电路产生的交叉点变动量。
9. 如权利要求7所述的驱动电路，其特征在于所述输入端子具有被输入正相的所述输入信号的正相输入端子和被输入反相的所述 输入信号的反相输入端子，所述第一交叉点调整电路具有第一终接电阻，该第一终接电阻的一端与所述正相输入端子连接； 第二终接电阻，该第二终接电阻的一端与所述反相输入端子连接；第一电阻，该第一电阻的一端与所述第一终接电阻的另一端连接，该第一电阻的另一 端与第一电位连接；第二电阻，该第二电阻的一端与所述第二终接电阻的另一端连接，该第二电阻的另一 端与第二电位连接；以及第三电阻，该第三电阻的一端与所述第一终接电阻的另一端以及所述第一电阻的一端 连接，该第三电阻的另一端与所述第二终接电阻的另一端以及所述第二电阻的一端连接。
10. 如权利要求7所述的驱动电路，其特征在于所述输入端子具有被输入正相的所述输入信号的正相输入端子和被输入反相的所述 输入信号的反相输入端子，所述第一交叉点调整电路具有将规定恒压电阻分割，并向所述正相输入端子输出分割电压的第一电阻分割电路；以及将规定恒压电阻分割，并向所述反相输入端子输出分割电压的第二电阻分割电路， 所述第一电阻分割电路的输出电压与所述第二电阻分割电路的输出电压不同。
11. 一种驱动IC，其特征在于包含权利要求1 10中任一项所述的驱动电路。
全文摘要
本发明得到即使输出交叉点从50％偏移的情况下也能维持良好的输出波形的驱动电路。在初级放大级(A1)、第二级放大级(A2)及最终放大级(A3)的3级差动放大级串联连接。初级放大级(A1)及第二级放大级(A2)上分别连接交叉点调整电路(CP1、CP2)。交叉点调整电路(CP1)控制初级放大级(A1)的正相和反相的DC电平中的至少一方，调整初级放大级(A1)的输出信号的交叉点。此外，交叉点调整电路(CP2)控制第二级放大级(A2)的正相和反相的DC电平中的至少一方，调整第二级放大级(A2)的输出信号的交叉点。
文档编号H03F3/45GK101729031SQ200910149390
公开日2010年6月9日 申请日期2009年6月12日 优先权日2008年10月29日
发明者高相纯 申请人:三菱电机株式会社